一种原位合成ZnO纳米片光阳极膜的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及太阳能电池技术领域，特别是一种原位合成化0纳米片光阳极膜。
【背景技术】
[0002] 当前，研究和应用最广泛的太阳能电池主要是娃系太阳能电池，但由于其成本高、 工艺复杂、能耗大、生产过程中会对环境造成污染等问题，从而限制了其广泛应用。1991年， G巧tzel等首次报道了光电转换效率达7.9%的染料敏化太阳能电池（DyeSensitized SoIarCe11，简称DSSC)，开创了太阳能电池研究和发展的全新领域。DSSC由光阳极、对电 极、染料敏化剂、导电基底、电解质等几部分构成，其中光阳极是DSSC的核屯、部件。纳米ZnO 材料是一种重要的DSSC光阳极材料，当前获得了应泛的研究。已有多种不同形貌的化0应用 于DSSC中，如化0纳米棒、多级结构ZnO微球、ZnO纳米粒、ZnO纳米线W及ZnO复合结构等。具 有多级结构的化0纳米片由于具有较大的比表面积和良好的孔隙通道，有利于增加染料吸 附量、电解质的扩散和电子的传输，因此有利于染料敏化太阳能电池效率的提高。
[0003] 目前制备ZnO纳米片光阳极膜主要方法有电化学沉积法和化学浴沉积法，其中电 化学沉积法获得的薄膜较薄。化学浴沉积法主要是采用二水乙酸锋/甲醇、六水合硝酸锋/ 尿素为起始反应体系，运两种反应体系可制备垂直导电衬底的多孔ZnO纳米片。六水硝酸 锋/六次甲基四胺水溶液体系广泛地应用于化0纳米棒的生长，因为ZnO是极性晶体，液相 法合成ZnO时，生长基元口n(0H)4]2-很容易在正极性面上聚集，推动化0晶体沿着C轴方向快 速生长，从而使得ZnO晶体易呈现棒状。但是，ZnO纳米棒光阳极的比表面积较小，吸附染料 量低，从而限制了ZnO纳米棒DSSC的光电转换率。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的是要解决现有技术问题的不足，提供一种原位合成ZnO纳米片 光阳极膜及其制备方法，采用高浓度的六水硝酸锋/六次甲基四胺水溶液，并通过延长水热 合成反应时间，使生长的化0棒再溶解然后合成化0纳米片。
[0005] 为达到上述目的，本实用新型是按照W下技术方案实施的：
[0006] 一种原位合成化0纳米片光阳极膜，包括FTO导电玻璃，还包括位于FTO导电玻璃的 导电层上的由ZnO纳米片交错堆叠组成的ZnO纳米片层，所述ZnO纳米片之间相互交错、堆叠 形成微孔。
[0007] 进一步的，所述ZnO纳米片由ZnO纳米颗粒组成，ZnO颗粒的直径为20~25nm，所述 ZnO纳米片上的化0纳米颗粒之间布有介孔。
[000引上述原位合成化0纳米片光阳极膜的制备方法，包括W下步骤：
[0009] 1)生长液的配制：将六水硝酸锋和六次甲基四胺溶解在25°C的去离子水中，并将 溶液揽拌均匀，即得生长液，生长液中六水硝酸锋和六次甲基四胺在水溶液中的浓度相同； [0010] 2)化0纳米片膜的制备:将清洗干净的FTO导电玻璃的导电面朝下倾斜放置于水热 反应蓋中，将已配好的生长液移入水热反应蓋中，并且生长液的液面高于FTO导电玻璃最高 点；将水热反应蓋放在已加热到90~120°C的烘箱中进行水热反应72~144h，反应结束后 将反应蓋取出，并且取出已原位生长了薄膜的FTO导电玻璃，用去离子水冲洗膜表面，W除 去没有反应的生长液，然后将膜干燥，再将干燥后的膜般烧，般烧后即得到ZnO纳米片光阳 极膜。
[0011] 作为本实用新型的进一步优选方案，所述步骤2)中将膜进行干燥溫度为100~120 °C。
[0012] 作为本实用新型的进一步优选方案，所述步骤2)中将膜进行般烧溫度为250~450 °C。
[0013] 作为本实用新型的进一步优选方案，所述步骤2)中般烧时升溫速率为8°C/min。
[0014] 作为本实用新型的进一步优选方案，所述步骤2)中将膜进行般烧后进行保溫，保 溫时间为30~120min
[0015] 与现有技术相比，本实用新型具有W下有益效果：
[0016] (1)本实用新型仅使用六水硝酸锋和六次甲基四胺作为反应原料，采用低溫水热 合成法，反应溫度低、工艺过程简单、设备简单，成本低；
[0017] (2)本实用新型制得的光阳极膜由具有多级结构化0纳米片无序堆叠所形成的膜， 运种ZnO纳米片膜同时存在两种孔隙结构:一种是纳米片与纳米片之间相互交错、堆叠形成 的微孔;另一种是密布于纳米片上的介孔，微孔有利于电解质在纳米片膜中的扩散;介孔增 加了化0纳米片膜的比表面积，有利于增加染料吸附量，从而增加电池的短路电流。本实用 新型化0纳米片膜运种结构作为DSSC工作电极的优势在于:a.相对于完全由化0纳米颗粒 组成的光阳极，在ZnO介孔纳米片结构中，光生电子可沿二维纳米片直接传递，提高了光生 电子的收集效率;b.密布的介孔极大地增加了纳米片的比表面积，从而增大了染料吸附量 和光生电流;C.纳米片之间微米级的空隙便于电解质渗入。因此，本实用新型双孔隙结构的 ZnO纳米片有利于染料的吸附、电解液的渗透和电子在光阳极/染料/电解质界面的传输，从 而获得较高的光电转换效率。
【附图说明】
[0018] 图1是本实用新型的化0纳米片膜的结构示意图；
[0019] 图2是本实用新型的化0纳米片膜的俯视图；
[0020] 图3是本实用新型组装成电池后测试的I-V曲线。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合具体实施例对本实用新型作进一步描述，在此实用新型的示意性实施例 W及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
[0022] 实施例一
[0023]本实施例一种化0纳米片染料敏化太阳能电池光阳极膜的制备步骤如下：
[0024] (1)生长液的配制
[0025] 用量筒量取140ml的去离子水倒入烧杯中，在磁力揽拌下向烧杯中依次加入8.32g 六水硝酸锋和3.9?六次甲基四胺，在25°C下揽拌，将溶液揽拌均匀即得生长液;六水硝酸 锋和六次甲基四胺在水溶液中的浓度均为0.2M;
[00%] (2)多级化O纳米片膜的制备
[0027]将清洗干净的导电玻璃导电面向下倾斜放入容积为200ml的水热反应蓋中，然后 将140ml生长液倒入水热反应蓋中，水热反应蓋的容积填充率为70%，然后将水热反应蓋放 入已加热到90°C的烘箱中进行水热反应。水热反应时间为14地。水热反应结束后，将反应蓋 取出，待反应蓋溫度降至室溫25°C，将膜取出，用去