圆柱状(柱高4.2 μ m，柱间距
3.8 μ m，柱直径4.2 μ m)，第三种为方柱状(柱高8 μ m，柱间距2 μ m，柱直径5 μ m)，光子晶体成方孔状(孔高6 μ m，孔间距1.5 μ m，孔直径5.5 μ m)。
[0103]图2是三种形貌的二维1102纳米晶光子晶体薄膜的电镜图，其中，图2-a、2-b、2_c所示为三种二维T12光子晶体薄膜的表面SEM，左上角分别为倾斜20度角时的高分辨图，SEM图展示了非常完美漂亮的二维T12纳米晶光子晶体的微结构图形，它们与PDMS模版具有相反的图案。微挤压法不同于微接触压印法，微接触压印是通过转移墨水实现与模版相同的图形，微挤压是通过外力加压变形实现与模版相反的图形。SEM证实了本发明三种二维1102纳米晶光子晶体薄膜完整的平面结构。对于光子晶体纵向的深度通过对应的共聚焦激光扫描显微镜图CLSM可以看出，如图2-d、2-e、2-f所示，下半部测试显示了本发明三种二维T12纳米晶光子晶体薄膜具有一致的深度，同时也可看出一致的横向间距。图2-a至
2-f的结果表明，通过本发明的微挤压法很容易、简单地制备大面积的二维T12纳米晶光子晶体薄膜。
[0104]图3展示的是三种二维T12纳米晶光子晶体薄膜的透射光谱，为了验证二维光子晶体对光的散射作用，引入无二维光子晶体的薄膜作为参照。图3中可以看出，具有二维光子晶体薄膜的光透射率都有大幅的降低，由无光子晶体的薄膜透射率的65%降低到30%。不同的图形具有不同的透射率，其本质上是光子晶体的单元密度越高光透射率越低。由于布拉格反射的原因，具有光子晶体薄膜的透射光在可见光范围具有明显的凹凸现象。肉眼观察到光子晶体薄膜对透射光有明显作用，随着光子晶体单元密度的增加(1.24X 106，
1.77 X 16, 2.44 X 16)，彩色条纹亮度逐渐增加。
[0105]因此图2、图3充分说明了本发明的制备方法稳定性好，制备出的含有光子晶体散射层光阳极结构、性能均勾稳定。
[0106]图4是两种光阳极薄膜的对比图，从图4_b可看出有光子晶体散射层光阳极的底层具有一层周期性的空洞结构，明显不同于图4-a的结构，即为本发明的二维光子晶体散射层带来的空洞结构。图5是CdSe量子点敏化有无光子晶体散射层光阳极的吸收光谱对比图。由于引入的二维T12纳米晶光子晶体薄膜对光的强散射作用，使得光在光阳极中的光程增加，通过反复的反射吸收来提高注入光的充分利用，吸收光谱中可看出，两种光阳极的光吸收边都在700nm，说明两种膜对CdSe量子点吸附量与尺寸相似，由于光子晶体对光的强散射作用，其在可见光范围的吸收强度有了很大的提高。在电池中增强的光吸收通过激发吸光材料，产生更多的光生电子，其表现在电池的电流密度有了大幅的提高，如图6所示结果，电流密度从7.48mA/cm2增加到11.0lmA/cm2，提高了 47.2%;开路电压从0.46增加到0.48，填充因子从33.7%增加到36.9%，这两者的增幅很小。总体而言，电池效率73.9%的增加归因于电流密度的大幅增加。
[0107]由以上性能测试可见，本发明的光阳极中引入二维纳米晶光子晶体作为量子点敏化太阳能电池的光散射层，通过多重布拉格散射，增强了注入光在光阳极内的光程，大幅提高了注入光的捕获与利用，从而提高了光电转换效率与电池效率。且本发明的方法可以制备出结构完整的周期性微结构的二维纳米晶光子晶体，无需昂贵高级的设备、复杂的工艺和苛刻的条件；工艺简单易操作，易获得结构规整完美、图案清晰、宏观大面积以及厚度可控的光子晶体。此制备方法重复性好，很方便于微纳制造领域的使用。
[0108]本发明以上描述只是部分实施案例，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】。上述的【具体实施方式】是示意性的，并不是限制性的。凡是采用本发明的材料和方法，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，所有具体拓展均属本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种含有二维纳米晶光子晶体散射层的光阳极，其特征在于，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和介孔纳米晶层。2.根据权利要求1所述的含有二维纳米晶光子晶体散射层的光阳极，其特征在于，所述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。3.根据权利要求1所述的含有二维纳米晶光子晶体散射层的光阳极，其特征在于，所述二维纳米晶光子晶体散射层的厚度为l-5um。4.一种如权利要求1所述的含有二维纳米晶光子晶体散射层的光阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤I，制备纳米晶楽料 先将纳米晶通过搅拌和超声均匀地分散在乙醇中得到纳米晶胶体；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；取部分纳米晶浆料再用乙醇稀释，经超声后获得稳定的纳米晶乳悬液，备用； 步骤2，制备二维纳米晶光子晶体薄膜 利用旋涂法在附有致密层的FTO玻璃基片上旋涂步骤I的纳米晶乳悬液，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； 步骤3，制备附有二维纳米晶光子晶体散射层的光阳极膜 采用丝网印刷技术在二维纳米晶光子晶体膜上涂覆步骤I的纳米晶浆料，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； 步骤4，CdSe量子点沉积 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，得到用于敏化太阳能电池的光阳极。5.根据权利要求4所述的含有二维纳米晶光子晶体散射层的光阳极的制备方法，其特征在于，步骤I所述的纳米晶为T1jft米晶、ZnO纳米晶或SnO2纳米晶中的一种。6.根据权利要求4所述的含有二维纳米晶光子晶体散射层的光阳极的制备方法，其特征在于，步骤I所述的纳米晶的粒径为10-30nm。7.根据权利要求4所述的含有二维纳米晶光子晶体散射层的光阳极的制备方法，其特征在于，步骤I所述的纳米晶、松油醇和乙基纤维素的质量比为1:(5-7):0.5。8.根据权利要求4所述的含有二维纳米晶光子晶体散射层的光阳极的制备方法，其特征在于，步骤I所述的部分纳米晶浆料与乙醇的质量比为1:1_3。9.根据权利要求4所述的含有二维纳米晶光子晶体散射层的光阳极的制备方法，其特征在于，步骤2所述的旋涂法为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。10.根据权利要求4所述的含有二维纳米晶光子晶体散射层的光阳极的制备方法，其特征在于，步骤3所述的煅烧具体为:先以3°C /min的速率从室温升到450°C，再退火30mino
【专利摘要】本发明公开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。本发明还公开了含有二维纳米晶光子晶体散射层的光阳极的制备方法，先采用PDMS软模版微挤压纳米晶胶体膜，制备了结构完整的周期性微结构的二维纳米晶光子晶体，再采用丝网印刷在二维光子晶体上层制备纳米晶膜，高温退火之后获得附有二维光子晶体散射层的介孔纳米晶光阳极。本发明的制备方法能获得结构规整、宏观大面积以及厚度可控的光子晶体，方法简单，成本低廉，制备出的光阳极能提高光电转换效率与电池效率。
【IPC分类】H01G9/042, H01G9/20, H01G9/048
【公开号】CN105118675
【申请号】CN201510587241
【发明人】邓建平
【申请人】陕西理工学院
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年9月15日