一种基于多级结构ZnO微球光阳极的制备方法及其制得的光阳极的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及能源材料技术领域，尤其涉及一种具有多级结构ZnO微球基染料敏化 太阳能电池光阳极的制备方法及其制得的光阳极。
【背景技术】
[0002] 1991年，M. (Mtze丨等首次组装出光电转换效率达7. 9%的染料敏化太阳能电池 (Dye Sensitized Solar Cell，简称DSSC)，该种电池由于制备工艺简单、成本低和光电转 化效率高而被称为第三代太阳能电池，开创了太阳能电池研究和发展的全新领域。染料敏 化太阳能电池主要由对电极、光阳极、染料敏化剂、氧化还原电解质等几部分构成，其中光 阳极是电池中的核心部件。目前，光阳极主要是纳米晶的TiOj莫，由于ZnO具有和TiO 2相 似的禁带宽度和电子亲和性，并且ZnO的电子扩散系数要强于Ti02，因此ZnO作为染敏电池 的光阳极材料一直被人们寄予厚望。此外，由于ZnO晶体的生长具有各向异性以及合成ZnO 晶体的方法多种多样，因此相对于Ti0 2来说，ZnO更易于合成出多种不同形貌的纳米结构， 比如针状、片状、管状、哑铃状和棒状等等。而多级结构的ZnO微球，因其拥有大的比表面积 和较好的光散射性能，可以吸附更多的染料，同时能够增加光的吸收率，因此基于多级结构 ZnO微球的电池其光电转化效率较高。目前，现有技术多级结构ZnO微球光阳极的制备方法 主要是：先合成多级结构ZnO微球粉，然后再将ZnO微球粉与乙基纤维素、松油醇混合加入 无水乙醇中制成浆料，再采用各种工艺镀膜，从而得到多级结构ZnO微球光阳极膜。这种方 法存在着工艺复杂和ZnO微球结构易被破坏等问题。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于多级结构ZnO微球光阳极 的制备方法，以二水乙酸锌和甲醇为原料，通过低温化学浴沉积法在导电基底上原位合成 得到大面积的光阳极膜。本发明的另一目的在于提供利用上述制备方法制得的光阳极。
[0004] 本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
[0005] 本发明提供的一种基于多级结构ZnO微球光阳极的制备方法，包括以下步骤：
[0006] (1)将二水乙酸锌溶解于甲醇溶液中，并将溶液搅拌均匀，得到二水乙酸锌甲醇溶 液；
[0007] (2)将导电基底放入所述二水乙酸锌甲醇溶液中，在密封情况下进行恒温反应，反 应温度<60°C ;反应结束后进行清洗、干燥、煅烧，即制得附着于导电基底上、由多级结构 ZnO微球组成的光阳极膜。
[0008] 上述方案中，本发明所述步骤（1)二水乙酸锌在甲醇溶液中的浓度为0.09~ 0. 25M〇
[0009] 进一步地，本发明所述步骤（2)导电基底以导电面朝上的形式平放于二水乙酸锌 甲醇溶液中。
[0010] 进一步地，本发明所述步骤（2)中反应温度为25~60 °C ;反应时间为24~48h。
[0011] 进一步地，本发明所述步骤（2)中干燥温度为60~100°C ;煅烧温度为350~ 450。。。
[0012] 本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：
[0013] 利用上述制备方法制得的光阳极，所述光阳极其膜厚为7~25 ym，由ZnO纳米颗 粒组成的微球构成；所述微球直径为300~lOOOnm，ZnO纳米颗粒的直径为15~25nm〇
[0014] 本发明具有以下有益效果：
[0015] (1)本发明以二水乙酸锌的甲醇溶液为反应液，采用低温化学浴沉积法在导电基 底上原位合成制备出大面积的多级结构ZnO微球光阳极膜，用于染料敏化太阳能电池中具 有较高的光电转换效率（采用一层本发明多级结构ZnO微球光阳极膜，光电转化率达到 3. 69 ~5. 21% ) 〇
[0016] (2)本发明具有制备工艺简单、膜厚可控、微球直径可调、合成温度低、成本低、可 大面积制膜、且ZnO微球结构不易被破坏等特点，反应条件温和，可控性和重复性强，适用 于制备大面积的光阳极，有利于推广应用和工业化的实现。
【附图说明】
[0017] 下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述：
[0018]图1是本发明实施例一、二、三所制得光阳极膜的场发射扫描电镜断面照片；
[0019]图2是本发明实施例一、二、三所制得光阳极膜的场发射扫描电镜断面照片（放大 倍数）。
【具体实施方式】
[0020] 本发明实施例一种基于多级结构ZnO微球光阳极的制备方法，采用掺氟的氧化锡 导电玻璃（FT0)或是氧化铟锡导电玻璃（IT0)作为导电基底。
[0021] 实施例一：
[0022] 本实施例一种基于多级结构ZnO微球的光阳极的制备方法，其步骤如下：
[0023] (1)量取400ml甲醇溶液置于称量瓶中，称取7. 90g二水乙酸锌（二水乙酸锌在甲 醇溶液中的浓度为〇. 09M)，在磁力搅拌的情况下将二水乙酸锌加入上述称量瓶，使之全部 溶解于甲醇溶液中，将溶液搅拌均匀，得到二水乙酸锌甲醇溶液；
[0024] (2)将清洗干净的FT0导电基底，以导电面朝上的形式平放入上述盛有二水乙酸 锌甲醇溶液的称量瓶的底部，将称量瓶盖上盖子后置于已加热到60°C的烘箱中，并在此温 度下恒温反应24h ;反应结束后，用去离子水清洗、在100°C温度下干燥，然后在350°C温度 下煅烧，升温速率为8°C /min，保温时间为30min，即制得附着于导电基底上、由多级结构 ZnO微球组成的光阳极膜。
[0025] 实施例二：
[0026] 本实施例一种基于多级结构ZnO微球的光阳极的制备方法，其步骤如下：
[0027] (1)量取400ml甲醇溶液置于称量瓶中，称取11. 41g二水乙酸锌（二水乙酸锌在 甲醇溶液中的浓度为〇. 13M)，在磁力搅拌的情况下将二水乙酸锌加入上述称量瓶，使之全 部溶解于甲醇溶液中，将溶液搅拌均匀，得到二水乙酸锌甲醇溶液；
[0028] (2)将清洗干净的FT0导电基底，以导电面朝上的形式平放入上述盛有二水乙酸 锌甲醇溶液的称量瓶的底部，将称量瓶盖上盖子后置于已加热到60°C的烘箱中，并在此温 度下恒温反应24h ;反应结束后，用去离子水清洗、在100°C温度下干燥，然后在350°C温度 下煅烧，升温速率为8°C /min，保温时间为30min，即制得附着于导电基底上、由多级结构 ZnO微球组成的光阳极膜。
[0029] 实施例三：
[0030] 本实施例一种基于多级结构ZnO微球的光阳极的制备方法，其步骤如下：
[0031]