[发明专利]染料敏化太阳电池双层片状结构ZnO光阳极及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，更具体涉及一种染料敏化太阳电池双层片状结构ZnO光阳极及制备方法。 

背景技术

随着全球经济的快速发展和人口的不断增加，世界对能源的需求日益增多。目前世界能源供应主要依靠传统的煤、石油、天然气等化石能源，但化石能源是不可再生能源，正逐步耗尽，同时，化石能源的使用产生大量的温室气体，带来一系列的环境污染问题。为了解决能源危机和环境问题，人们致力于可再生能源的开发，如太阳能、风能、海洋能(包括潮汐能和波浪能)、氢能等。而太阳能作为一种取之不尽，用之不竭的绿色能源备受瞩目。 

染料敏化太阳能电池(DSSC)是20世纪90年代发展起来的一种新型低成本太阳能电池。DSSC是由瑞士科学家Micheal 的团队在1991年提出(O’Regan，B.， M.，Nature，1991，353，737)的，由于其具有重量轻、理论转化效率高、制作工艺简单、成本低廉、寿命长等众多优点，成为世界各国广大科学工作者研究的热点和重点。DSSC主要由透明导电玻璃、多孔纳米晶薄膜、染料敏化剂、电解液和金属/导电玻璃对电极组成的“三明治”结构。染料分子吸收太阳光能，电子从基态跃迁到激发态，激发态上面的电子快速注入紧邻的半导体导带，染料中失去的电子很快从电解质中得到补偿，进入半导体导带中的电子最终进入导电膜，然后通过外电路到对电极产生光电流。 

染料敏化太阳能电池的光阳极通常是采用多孔TiO₂纳米晶颗粒薄膜，然而TiO₂的电子扩散常数为5x10^-5cm²/s，相比宽禁带的ZnO纳米片要低，但是ZnO纳米片的比表面积相比TiO₂纳米晶颗粒要低的多，造成吸附的染料相对要少，从而使得ZnO作为光阳极材料组装成染料敏化太阳能电池的效率较低。例如北京化工大学的研究学者采用了水热法合成了一种下层为ZnO分散聚合物，上层为ZnO微米片的双层结构，组装成染料敏化太阳能电池后达到3.44％的光电转换效率(Chem.Mater.2010，22，928-934)。 

发明内容

为了克服上述的缺陷，本发明提供了一种用于染料敏化太阳电池双层片状结构ZnO光阳极材料，此方法为一步电沉积法，生长的材料包含双层片状结构，下层为较小的ZnO微纳米片，上层为较大的ZnO微米片，组装成染料敏化太阳电池后，相比于单层微纳米片组装的电 池，提高了电池的开路电压、短路电流密度，填充因子和光电转换效率。 

本发明是通过以下技术方案实施的： 

染料敏化太阳电池双层片状结构ZnO光阳极及制备方法，该方法是在不同的工作电流下生长双层片状ZnO结构，作为光阳极组装成染料敏化太阳电池。 

所述方法中下层的ZnO微纳米片，厚度为50-200nm。 

所述方法中上层的ZnO微米片，厚度为300-800nm。 

所述方法的具体步骤为： 

1)配制0.01M-0.5M的可溶性锌盐和KCl的混合溶液50-200ml，倒入烧杯中，保持溶液温度为50-80℃； 

2)将洗净的FTO作为阴极，石墨片作为阳极，浸入到步骤1)中的溶液中，调整两电极距离为0.5-5cm； 

3)开启电化学工作站，设定工作电流为10-50mA，生长时间为1-7min得到待敏化的双层片状结构ZnO光阳极材料。 

本发明的优点在于：在不同的工作电流下生长ZnO光阳极材料，通过调节工作电流的大小，生长了双层ZnO结构，下层是较小的ZnO微纳米片，上层为较大的ZnO微米片。此种结构有利于染料在ZnO表面的吸附，以及上层ZnO微米片对太阳光的多次反射，提高了电池在可见光范围内的光利用率，从而提高了太阳能电池的开路电压，短路电流密度，填充因子和光电转换效率。此方法简单，价格便宜，易于操作，并且适宜大面积制作。在100mW/cm²的光强条件下，组装成染料敏化太阳电池可达到0.842％的光电转换效率，而单层片状ZnO作为光阳极组装成电池的光电转换效率为0.245％。 

本发明将通过下面实例来进行举例说明，但是，本发明并不限于这里所描述的实施方案，本发明的实施例仅用于进一步阐述本发明。对于本领域的技术人员对本发明的内容所进行的替代、改动或变更，这些等价形式同样落入本申请所限定的范围内。 

附图说明

图1FTO上生长的较小的微纳米片ZnO的SEM图； 

图2在较小的ZnO微纳米片上生长较大的ZnO微米片的SEM图；