[发明专利]一种石墨烯-氧化锌纳米管阵列染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法

说明书

本发明涉及太阳能电池领域，公开了一种石墨烯‑氧化锌纳米管阵列染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，本发明先制备氧化锌纳米管阵列，再用氨丙基三甲氧基硅烷和氧化锌纳米管阵列表面的羟基反应，形成复合物，再将羧基化的氧化石墨烯引入，使得石墨烯上的羧基与氨丙基三甲氧基硅烷上的氨基反应。使石墨烯与ZnO以化学键的形式结合，这种结合方式比单纯的物理作用要更牢固，化学键的存在大大提高了电子的迁移率也为下一步采用PDMS剥离纳米管更加容易进行，同时均匀致密地包裹在支撑材料表面的石墨烯，能够充分发挥支撑材料的保护作用，大大地提高了复合材料的化学稳定性，从而延长染料敏化电池的稳定性。

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种石墨烯-氧化锌纳米管阵列染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法。

背景技术

染料敏化太阳能电池因其成本低，制备方法简单易行，而且光电转换效率相对较高，成为能缓解能源危机的重要技术之一。典型的DSSC(染料敏化太阳能电池)装置通常为一种三明治结构，金属氧化物半导体如二氧化钛 (TiO₂)、氧化锌(ZnO)、三氧化钨(WO₃)负载在导电玻璃上作为工作电极，吸附染料并传递电子；铂(Pt)薄膜作为对电极；电解质溶液扩散在两电极之间，使染料中的电子再生。自1991年Michael发明染料敏化太阳能电池以来，DSSC备受研究者的关注。

染料敏化太阳能电池大多由TiO₂作为光阳极，而ZnO因与TiO₂性能相近，且拥有制备简单，环保经济，形貌多变，电子迁移率高等优点已成为研究染料敏化太阳能电池的重要材料。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种石墨烯-氧化锌纳米管阵列染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法。本发明采用电沉积的方式制备出的氧化锌纳米管阵列表面存在大量的羟基，氨丙基三甲氧基硅烷是一种一端是氨基-NH₂，另一端是硅烷基硅烷偶联剂，硅烷基首先和氧化锌纳米管阵列表面的羟基反应，形成氨丙基三甲氧基硅烷-氧化锌纳米管阵列的复合物，再将羧基化的氧化石墨烯引入，使得石墨烯上的羧基与氨丙基三甲氧基硅烷上的氨基反应。氨丙基三甲氧基硅烷的存在使得石墨烯与ZnO以化学键的形式结合，这种结合方式比单纯的物理作用要更牢固，化学键的存在大大提高了电子的迁移率也为下一步采用PDMS剥离纳米管更加容易进行，同时均匀致密地包裹在支撑材料表面的石墨烯，能够充分发挥支撑材料的保护作用，大大地提高了复合材料的化学稳定性，从而延长染料敏化电池的稳定性。

本发明的具体技术方案为：一种石墨烯-氧化锌纳米管阵列染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：电化学沉积法制备氧化锌纳米棒阵列：采用二电极体系，将硝酸锌溶液作为电解液放置于水浴中恒温加热，将切好的锌箔和左右两端贴有绝缘胶带的导电玻璃分别作为电沉积的阳极和阴极接入电路，沉积结束后，将导电玻璃取出，用去离子水清洗烘干。

导电玻璃的左右两端贴着绝缘胶带是为了预留空间，方便步骤5中涂覆PDMS。

步骤2：将步骤1得到的氧化锌纳米棒阵列浸入KOH 溶液中，在水浴条件下恒温反应，得到氧化锌纳米管阵列。

KOH 溶液的加入是为了溶解氧化锌纳米棒的中间部分，溶解优先从纳米棒的核心开始，留下了纳米棒的侧面，从而形成了管状结构。

步骤3：偶联剂修饰氧化锌纳米管阵列：用水蒸气对氧化锌纳米管阵列进行熏蒸，自然干燥后将氧化锌纳米管阵列转移至氨丙基三甲氧基硅烷的丙酮溶液中，静置；用乙醇润洗，在干燥箱中固化。

步骤4：氧化锌纳米管阵列/氧化石墨烯复合材料的制备：将导电玻璃/氧化锌纳米管阵列浸泡在GO-COOH分散液中，水浴，干燥得到氧化锌纳米管阵列/氧化石墨烯薄膜。