含有二维纳米晶光子晶体散射层的光阳极及其制备方法_2

文档序号:9398052阅读:来源:国知局
种形貌的二维T12纳米晶光子晶体薄膜的表面SEM图;
[0029]图2-b是第二种形貌的二维T12纳米晶光子晶体薄膜的表面SEM图;
[0030]图2-c是第三种形貌的二维T12纳米晶光子晶体薄膜的表面SEM图;
[0031]图2-d是第一种形貌的二维1102纳米晶光子晶体薄膜的CLSM图;
[0032]图2-e是第二种形貌的二维1102纳米晶光子晶体薄膜的CLSM图;
[0033]图2-f是第三种形貌的二维1102纳米晶光子晶体薄膜的CLSM图;
[0034]图3是三种形貌的二维1102纳米晶光子晶体薄膜与无二维T1 2纳米晶光子晶体薄膜的透射光谱对比图;
[0035]图4是两种光阳极薄膜的对比图;
[0036]图4-a是无二维T12纳米晶光子晶体散射层的光阳极薄膜的SEM图;
[0037]图4-b是有二维T12纳米晶光子晶体散射层的光阳极薄膜的SEM图;
[0038]图5是有二维T12纳米晶光子晶体散射层的CdSe量子点敏化光阳极和无二维T12纳米晶光子晶体散射层的CdSe量子点敏化光阳极的吸收光谱对比图;
[0039]图6是有二维1102纳米晶光子晶体散射层的光阳极构造电池和无二维T1 2纳米晶光子晶体散射层的光阳极构造电池的电流-电压曲线对比图。
【具体实施方式】
[0040]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0041]本发明提供了一种含有二维纳米晶光子晶体散射层的光阳极,在FTO玻璃基片上由下至上依次为致密层、二维纳米晶光子晶体散射层、介孔纳米晶层。
[0042]本发明的二维纳米晶光子晶体为各种具有布拉格反射的二维纳米晶光子晶体材料。
[0043]优选地,二维纳米晶光子晶体为二维1102纳米晶光子晶体、二维ZnO纳米晶光子晶体或二维SnO2纳米晶光子晶体中的一种。
[0044]优选地,上述三种二维纳米晶光子晶体散射层的厚度为l-5um。
[0045]本发明的光阳极膜的特点在于引入了二维纳米晶光子晶体散射层,其制备方法采用微挤压法,如图1所示,主要分为三步:第一,光刻制备PDMS软模版;第二,微挤压法制备二维纳米晶光子晶体膜;第三,丝网印刷制备上层介孔的纳米晶膜。
[0046]因此,本发明还提供了基于微挤压技术的上述含有二维纳米晶光子晶体散射层的光阳极的制备方法,包括以下步骤:
[0047]步骤I,制备纳米晶浆料
[0048]先将纳米晶通过搅拌和超声均匀地分散在乙醇中(Ig纳米晶对应大约20mL乙醇)得到纳米晶胶体;再依次加入乙基纤维素乙醇溶液和松油醇,搅拌至分散均匀后,在水浴条件下使乙醇部分挥发,得到粘度适合于丝网印刷的纳米晶浆料,备用;取部分浆料再用乙醇稀释,经超声后获得稳定的纳米晶乳悬液,备用。
[0049]本发明使用的纳米晶可通过实验制备得到,如采用水热法合成,也可通过市场购买得到,本发明不限制纳米晶的具体来源。
[0050]优选地,步骤I的纳米晶为1102纳米晶、ZnO纳米晶或SnO 2纳米晶中的一种。
[0051]优选地,步骤I的纳米晶的粒径为10-30nm。
[0052]优选地,步骤I的纳米晶、松油醇和乙基纤维素的质量比为1:(5-7):0.5。
[0053]优选地,步骤I制备纳米晶乳悬液时的部分浆料与乙醇的质量比为1:1_3。
[0054]步骤2,制备二维纳米晶光子晶体薄膜
[0055]利用旋涂法在附有致密层的FTO玻璃基片上旋涂纳米晶乳悬液,接着将FTO玻璃基片有纳米晶乳悬液的一面盖在PDMS模版上,并施加竖直压力,使FTO玻璃基片上形成图形化的纳米晶膜,剥离PDMS模版之后,立即将纳米晶膜烘干,得到附有二维纳米晶光子晶体膜的基片。
[0056]优选地,步骤2的旋涂法利用匀胶机进行旋涂,旋转速度为1000-3000rmp、连续旋涂1-5次,每一次旋转时间为10-30s。
[0057]步骤3,制备附有二维纳米晶光子晶体散射层的光阳极膜
[0058]采用丝网印刷技术在二维纳米晶光子晶体膜上涂覆纳米晶浆料,再放入马弗炉中煅烧,获得附有二维纳米晶光子晶体散射层的介孔光阳极膜。
[0059]优选地,步骤3的煅烧具体为:先以3°C /min的速率从室温升到450°C,再退火30mino
[0060]步骤4,CdSe量子点沉积
[0061]采用SILAR法实现CdSe量子点在附有二维光子晶体散射层的介孔光阳极膜内的沉积,得到含有二维纳米晶光子晶体散射层的用于敏化太阳能电池的光阳极。
[0062]SILAR法具体为:将附有二维纳米晶光子晶体散射层的介孔光阳极膜交替浸入浓度均为0.05mol/L的Se2溶液和Cd2+溶液,生成CdSe量子点后烘干得到敏化太阳能电池的光阳极。
[0063]本发明步骤I所用的纳米晶可以通过实验室制备,也可以是市场购买得到,本发明不限制纳米晶的获得方法。
[0064]通过本发明的制备方法可以制备出较厚的二维纳米晶光子晶体薄膜,以该二维纳米晶光子晶体薄膜作为光阳极的散射层,可提高现有太阳能电池的光吸收,从而增强电池的光电流密度,进一步提高电池效率。
[0065]实施例1
[0066]本实施例制备了一种含有二维1102纳米晶光子晶体散射层的用于敏化太阳能电池的光阳极,按照以下步骤制备。
[0067]步骤I,制备T12纳米晶
[0068]首先四氯化钛(TiCl4)在搅拌下被缓慢(lmL/min)加入0°C的冰水中制备浓度为
0.44mmol/mL TiCl4水溶液,采用KOH水溶液调节PH到7.1 ;接着将冰浴下搅拌均匀的60mL的原料溶液转移到10mL反应釜中,并置于200°C的鼓风干燥箱中反应5小时;然后将反应冷却后的产物静置一段时间,移除上清液,沉淀物为粒径约为1nm的T12纳米晶,采用醋酸-醋酸铵缓冲液清洗干净,并利用超声并机械搅拌分散于乙醇,获得糊状的T12纳米晶乙醇胶体。
[0069]步骤2,制备T12纳米晶浆料
[0070]首先称取含有Ig 1102纳米晶的糊状的T12纳米晶乙醇胶体,通过超声、搅拌分散在20mL的乙醇中,充分的超声、搅拌之后,接着将溶解在乙醇中的0.5g乙基纤维素加入其中,继续搅拌、超声I小时,然后加入5g的松油醇,搅拌、超声I小时后,在60-80°C的水浴中搅拌蒸发掉部分乙醇,获得粘度适用于印刷的T12纳米晶浆料,备用。取部分T12纳米晶浆料,按照T12纳米晶浆料与无水乙醇的质量比为1:1的比例混合并超声,得到稳定的1102纳米晶乳悬液,用于后续制备二维T1 2纳米晶光子晶体薄膜。
[0071]步骤3,制备二维T12纳米晶光子晶体薄膜
[0072]利用匀胶机在附有1102致密层的FTO玻璃基片上旋涂步骤I制备的T1 2纳米晶乳悬液,匀胶机旋转速度为lOOOrmp、旋涂I次,旋转时间为30s。接着将此基片有T12纳米晶乳悬液的一面放在PDMS模版上,并施加竖直压力,使FTO玻璃基片上形成图形化的T12纳米晶膜,剥离PDMS模版之后,立即将T12纳米晶膜放入80°C干燥箱中烘干固化10分钟,得到附有二维T12纳米晶光子晶体膜的基片,二维T1 2纳米晶光子晶体膜作为散射层,厚度约为4 μπι。
[0073]步骤4,制备附有二维纳米晶光子晶体散射层的光阳极膜
[0074]接着采用丝网印刷技术在二维1102纳米晶光子晶体膜上涂覆步骤I制备的T1 2纳米晶浆料一次,并立即放入100°C干燥箱中快速加热固化定型;然后将冷却的薄膜基底采用相同的工艺第二次、第三次涂覆T12纳米晶浆料,第二、三次涂覆完之后,都将湿膜在空气中放置10-20分钟,等浆料流动平衡后放入80°
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