[发明专利]用于光阳极材料的ZnO/TiO2复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于染料太阳能电池领域，更具体涉及用于染料敏化太阳能电池光阳极材料的ZnO/TiO₂复合材料及其制备。

背景技术

世界经济的快速发展，使得石油，煤炭等传统能源加剧消耗，世界面临严重的能源危机，寻求新的替代能源已经迫在眉睫。太阳能作为一种无污染、洁净的可再生能源日益受到了人们的关注寻找一种高效的太阳能电池材料也成为了科学家研究的一个热点。

ZnO室温下禁带宽度为3.37eV，有较高的电子迁移率，更有利于减少电子在薄膜中的传输时间，降低光生电子复合几率，被大量应用于染料敏化太阳能电池的研究。目前ZnO太阳能电池由于ZnO电子空穴复合几率过高，导致光电转化效率偏低，如何制备具有更高光电转化效率的ZnO染料敏化电池光阳极材料成为了人们的研究重点。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于染料太阳能电池光阳极材料的ZnO/TiO₂复合材料及其制备方法，其制备条件简单，成本低，周期短，能有效提高光电转化效率，有利于实际生产。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

用于光阳极材料的ZnO/TiO₂复合材料，由如下方法制备而来：

采用沸石咪唑酯骨架结构材料为前驱体，利用钛酸四正丁酯在其表面水解得到TiO₂，经高温煅烧后得到高比表面积的ZnO/TiO₂复合材料；其中，沸石咪唑酯骨架结构材料以硝酸锌和2-甲基咪唑为原料制备而来。

用于光阳极材料的ZnO/TiO₂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

以硝酸锌和2-甲基咪唑为原料制备沸石咪唑酯骨架结构材料，将其分散于无水乙醇制得前驱体分散液；将钛酸四正丁酯溶解于无水乙醇制得钛酸四正丁酯溶液；在搅拌条件下将钛酸四正丁酯溶液加入前驱体分散液反应，反应结束后离心、洗涤、烘干、煅烧得到ZnO/TiO₂复合材料。

按上述方案，所述的前驱体分散液质量浓度控制在5-25g/L。

按上述方案，钛酸四正丁酯溶液的浓度控制在0.1-0.3M。

按上述方案，钛酸四正丁酯溶液在10-20min加入前驱体分散液完毕。

按上述方案，煅烧时间应控制在4-6小时；煅烧温度应控制在500-700℃。

按上述方案，所述硝酸锌与钛酸四正丁酯二者的摩尔比例为1:3。

按上述方案，钛酸四正丁酯溶液在前驱体分散液中反应时间为1-3h。

本发明的有益效果在于：

本发明提供了一种用作染料敏化太阳能电池光阳极材料的高比表面积ZnO/TiO₂复合材料及其制备方法，制备产品能有效提高ZnO太阳能电池的光电转化效率。

本发明在制备过程中首次采用高温煅烧的方法对ZnO/TiO₂复合材料进行制备，先制备ZIF/TiO₂复合材料，再利用高温煅烧将ZIF/TiO₂转化为高比表面积的ZnO/TiO₂复合材料，利用TiO₂降低ZnO电子空穴复合几率，达到提高ZnO太阳能电池光电转化效率的目的。

本发明制备方法简单，操作容易，有利于生产实践的使用。

附图说明

附图1：ZnO/TiO₂复合材料SEM图；

附图2：ZnO/TiO₂复合材料的紫外可见吸收光谱图；

附图3：ZnO/TiO₂复合材料的X-射线衍射(XRD)图；

附图4：ZnO/TiO₂复合材料的光电流-光电压(I-V)特征曲线图；

附图5：纯ZnO的光电流-光电压(I-V)特征曲线图。

具体实施方

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

用于光阳极材料的ZnO/TiO₂复合材料，采用沸石咪唑酯骨架结构材料为前驱体（ZIF），利用钛酸四正丁酯在其表面水解得到TiO₂，经高温煅烧后得到高比表面积的ZnO/TiO₂复合材料；其中，沸石咪唑酯骨架结构材料以硝酸锌和2-甲基咪唑为原料制备而来。