制备的光子晶体应用于染料敏化太阳能电池的结构示意图。从图7中可以看出，依据本实施例1，得到的新型染料敏化太阳能电池是由导电玻璃、二氧化钛、蝴蝶散射层、电解质、铂对电极、导电玻璃等部分构成。
[0022]图8是以大紫蛱翅膀为生物模板制备的光子晶体应用于染料敏化太阳能电池的光散射层后的光电流-光电压图像。从图8中可以看出，较之没有加T12光子晶体散射层的染料敏化太阳能电池，加入T i02光子晶体散射层的染料敏化太阳能电池的开路电压和电流密度均得以提升，特别是光电流密度大幅提升，表明T12光子晶体散射层的加入有效的提高的光的利用率。
五、【具体实施方式】
[0023]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0024]实施例1:基于大紫蛱蝶模板的T12三维光子晶体
[0025]步骤I，将大紫蛱蝶翅膀粘于磁控溅射腔体的玻璃基底上，然后将粘有大紫蛱蝶翅膀的玻璃基底置于磁控溅射系统的衬底上，选择Ti金属靶为磁控溅射靶材，在3*10—3Pa真空环境和40W功率下，向派射腔体内通入60sccm的氩气和2sccm氧气，同时采用射频派射的方式向粘有蝴蝶翅膀的玻璃衬底上溅射金属Ti十五分钟，形成蝴蝶-Ti;
[0026]步骤2，将蝴蝶-Ti送入马弗炉中，在氧气氛围下于400-600°C原位高温退火处理200分钟，随后自然冷却到室温，马弗炉升温速率为5°C/分钟，形成具有三维光子晶体结构的Ti02纳米颗粒，不存在金属态Ti。所述Ti02纳米颗粒是整个蝴蝶翅膀鳞片的复制，尺寸为100微米，如图2和3所示为其扫描电镜和透射电极的图像。
[0027]实施例2:基于纹蛱蝶的ZnO三维光子晶体
[0028]步骤I，将蚊蛱蝶翅膀粘于磁控溅射腔体的玻璃基底上，然后将粘有蚊蛱蝶翅膀的玻璃基底置于磁控溅射系统的衬底上，选择ZnO陶瓷靶为磁控溅射靶材，在3*10—3Pa真空环境和120W功率下，向溅射腔体内通入80SCCm的氩气和20SCCm的氧气，同时采用射频溅射的方式向粘有蝴蝶翅膀的玻璃衬底上溅射ZnO两分钟;形成纹蛱蝶-ZnO;
[0029]步骤2，将蝴蝶-ZnO送入马弗炉中，在氧气氛围下于400-600°C原位高温退火处理120分钟，随后自然冷却到室温，马弗炉升温速率为0.5°C/分钟，形成具有三维光子晶体结构的ZnO纳米颗粒。所述ZnO纳米颗粒是整个蝴蝶翅膀鳞片的复制，尺寸在60-80微米之间，如图5和6所不为其扫描电镜和透射电极的图像。
[0030]实施例3:基于碧凤蝶模板的T12三维光子晶体
[0031]步骤I，将碧凤蝶翅膀粘于磁控溅射腔体的玻璃基底上，然后将粘有碧凤蝶翅膀的玻璃基底置于磁控溅射系统的衬底上，调节靶材和衬底之间的距离为50cm，选择Ti金属靶为磁控溅射靶材，在5*10—3Pa真空环境和60W功率下，向溅射腔体内通入40SCCm的氩气和2sCCm的氧气，同时采用射频溅射的方式向粘有蝴蝶翅膀的玻璃衬底上溅射金属Ti十分钟，形成碧凤蝶-Ti;
[0032]步骤2，将碧凤蝶-Ti送入马弗炉中，在氧气氛围下于400-600°C原位高温退火处理150分钟，随后自然冷却到室温，马弗炉升温速率为rC/分钟，形成具有三维光子晶体结构的Ti02纳米颗粒，不存在金属态Ti。所述Ti02纳米颗粒是整个蝴蝶翅膀鳞片的复制，尺寸在60-150微米之间。
[0033]将实施例1中制备的纳米晶T12三维光子晶体应用于染料敏化太阳能电池，作为其光阳极上的散射层，其结构示意图如图7所示。具有T12-光子晶体散射层的太阳能电池的光伏性能均优于未具备T12三维光子晶体的染料敏化太阳能电池，光电转换效率从原来的5.6%增加到了8.7%，其光电流-电压曲线如图8所示。
[0034]本发明通过磁控溅射法制备T12或ZnO三维光子晶体纳米颗粒采用的是射频磁控溅射系统，由机械栗、分子栗、真空腔体、靶材基底、靶材、衬底旋转机构、真空计、射频电源等部件构成，为现有技术在此不再赘述，其他的溅射系统只要满足方法工艺需求也可实现本发明的工艺方法。
【主权项】
1.一种基于生物模板的三维光子晶体的制备方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤I，将具有三维光子晶体特性的生物模板粘于磁控溅射腔体的玻璃基底上，然后将粘有生物模板的玻璃基底置于磁控溅射系统的衬底上，选择Ti金属靶或ZnO陶瓷靶为磁控溅射靶材，在3 X 10—3-3 X 10—5Pa真空环境和40W-120W功率下，向溅射腔体内通入5-60sccm的氩气和氧气，同时采用射频溅射的方式向粘有生物模板的玻璃基底上溅射金属Ti或氧化锌ZnO 2-15分钟，形成生物-Ti或生物-ZnO; 步骤2，将生物-Ti或生物-ZnO送入马弗炉中，在氧气氛围下于400-600 °C原位高温退火处理60-300分钟，随后自然冷却到室温，形成具有三维光子晶体结构的T12纳米颗粒或ZnO纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于: 步骤I中氩气和氧气的流量比为(5-60):1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于: 步骤I中所述生物模板为蝴蝶翅膀。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于: 步骤2中马弗炉升温速率为0.5-5°C/分钟。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于: 步骤2中T12纳米颗粒或ZnO纳米颗粒的尺寸为60-80μπι。
【专利摘要】本发明公开了一种基于生物模板的三维光子晶体的制备方法，是在氩气和氧气气氛中采用射频溅射的方式向粘有生物模板的玻璃基底上溅射金属Ti或氧化锌ZnO？2-15分钟，形成生物-Ti或生物-ZnO；随后将生物-Ti或生物-ZnO送入马弗炉中极性原位高温退火处理，形成具有三维光子晶体结构的TiO2纳米颗粒或ZnO纳米颗粒。本发明基于生物模板的三维光子晶体制备方法可获得较高质量的具有三维光子晶体结构的TiO2纳米晶或ZnO纳米晶，整个制备方法中工艺简单、重复性良好、成本低廉。TiO2纳米晶颗粒或ZnO纳米晶颗粒因具有良好的长波段光散射能力而使得染料敏化太阳能电池的光电转换效率得以提升。
【IPC分类】C23C14/58, C23C14/35, C23C14/08, C23C14/20, C30B29/16, C30B33/02
【公开号】CN105624626
【申请号】CN201610142860
【发明人】牛海红, 徐进章, 程聪, 黄斌, 周儒, 张功海, 胡雨
【申请人】合肥工业大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年3月14日