一種大介孔ZnO納米晶太陽能電極膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于太陽能電池領(lǐng)域，涉及一種大介孔ZnO納米晶太陽能電極膜的制備方法，具體涉及采用溶膠-凝膠結(jié)合有機(jī)模板法制備大介孔ZnO納米晶太陽能電極膜。首先，將納米級(jí)的聚苯乙烯微球(PS)分散于乙醇-水溶液中，采用電泳沉積法在FTO導(dǎo)電玻璃上沉積PS膠晶模板，然后以硝酸鋅為前驅(qū)體，乙醇為溶劑，十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為介孔模板劑，配制ZnO溶膠，最后，采用浸漬法將ZnO溶膠浸漬到涂覆PS膠晶的FTO導(dǎo)電玻璃上，干燥，熱處理去除模板劑，可得大介孔ZnO納米晶太陽能電極膜。該工藝過程簡(jiǎn)單，易于操作，制備的大介孔ZnO納米晶太陽能電極膜孔徑可控，電極膜均勻。
【專利說明】-種大介孔ZnO納米晶太陽能電極膜的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于太陽能電池領(lǐng)域，涉及一種大介孔ZnO納米晶太陽能電極膜的制備方 法，具體涉及采用溶膠-凝膠結(jié)合有機(jī)模板法制備大介孔ZnO納米晶太陽能電極膜。 技術(shù)背景
[0002] 隨著地球上物質(zhì)資源的不斷減少和環(huán)境的日益惡化，能源與環(huán)境問題日益成為人 們專注的焦點(diǎn)問題，為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必須保護(hù)人類賴以生存的自然環(huán)境與自然資源， 這是人類進(jìn)入21世紀(jì)面臨的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。對(duì)此，科學(xué)工作者提出了資源與能源最充分利用和 環(huán)境最小負(fù)擔(dān)的概念。其中，開發(fā)潔凈的新能源及新能源材料是這一概念的重要組成部分。 太陽能作為一種潔凈的新能源，其開發(fā)和利用早已引起了人們的廣泛關(guān)注，而以光伏電池 技術(shù)為核心的太陽能發(fā)電是開發(fā)利用太陽能最為有效的方法之一。
[0003] 1991年，瑞士洛桑高等工業(yè)學(xué)院M. Gr^tzel教授的研究小組采用高比表面積的 納米多孔Ti〇2膜作半導(dǎo)體電極，以釕或鋨的有機(jī)配合物作敏化劑，并選用適當(dāng)?shù)难趸€原 電解質(zhì)研制出一種納米晶光電伏太陽能電池（NPC電池），其光電能量轉(zhuǎn)換率在AM1. 5模擬 日光照射下可達(dá)7. 1 %，入射光子-電流轉(zhuǎn)換效率大于80 %。此后，半導(dǎo)體光電化學(xué)電池再 次成為研究熱點(diǎn)。1993年，M. GrStzel等人再次報(bào)道了光電能量轉(zhuǎn)換率達(dá)10%的NPC太陽 能電池，1997年其轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了 10%?11%，短路電流為18mA ·αιΓ2,開路電壓為720mV。 1998年，他們又研制出全固態(tài)NPC電池。這種電池采用固體有機(jī)空穴傳輸材料替代液體電 解質(zhì)，克服了先前濕式電池制造不方便、難以封裝以及穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，單色光光電轉(zhuǎn)換效 率達(dá)到33%，從而為NPC太陽能電池走向?qū)嶋H應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)。NPC太陽能電池最大的 優(yōu)勢(shì)是廉價(jià)的成本、簡(jiǎn)單的制作工藝和高的穩(wěn)定性，有很好的應(yīng)用前景。
[0004] 半導(dǎo)體納米晶多孔膜是NPC電池光電轉(zhuǎn)換的重要基礎(chǔ)，它與致密膜的光電傳輸特 性有著顯著的差別，主要是由于：（1)納米晶多孔膜材料沒有內(nèi)建電場(chǎng)，電荷在納米晶多孔 膜電極的傳輸機(jī)制不是在內(nèi)建電場(chǎng)作用下的遷移機(jī)制，而是擴(kuò)散機(jī)制；（2)納米晶多孔材 料允許電解質(zhì)滲透到電極材料內(nèi)部，形成三維尺度的半導(dǎo)體/電解質(zhì)界面，增大了比表面， 提高了界面電荷的轉(zhuǎn)移速率，效率高。
[0005] 在NPC電池中起著接收電子和傳輸電子作用的多孔薄膜，至少應(yīng)滿足以下3個(gè)條 件：
[0006] (1)必須有足夠大的比表面積，從而能夠吸附大量的敏化劑；
[0007] (2)多孔薄膜吸附敏化劑的方式必須保證電子有效地注入薄膜的導(dǎo)帶；
[0008] (3)電子在薄膜中有較快的傳輸速度，從而減少薄膜中電子和電解質(zhì)受主的復(fù)合。
[0009] 作為納米晶太陽能電池的半導(dǎo)體電極膜材料，Ti02、ZnO等半導(dǎo)體具有良好的性 能，其多孔薄膜能夠很好的滿足上述條件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[〇〇1〇] 本發(fā)明的目的在于提出一種大介孔ZnO納米晶太陽能電極膜的制備方法。
【權(quán)利要求】
1. 一種大介孔ZnO納米晶太陽能電極膜的制備方法，首先，將納米級(jí)的聚苯乙烯微球 (PS)分散于乙醇-水溶液中，采用電泳沉積法在FT0導(dǎo)電玻璃上沉積PS膠晶模板，然后以 硝酸鋅為前驅(qū)體，乙醇為溶劑，十六烷基三甲基溴化銨（CTAB)為介孔模板劑，配制ZnO溶 膠，最后，采用浸漬法將ZnO溶膠浸漬到涂覆PS膠晶的FT0導(dǎo)電玻璃上，干燥，熱處理去除 模板劑，可得大介孔ZnO納米晶太陽能電極膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種大介孔ZnO納米晶太陽能電極膜的制備方法，其特征在于 所述的PS膠晶模板制備的工藝包括以下：首先將20%?30%的400nm?600nm的聚苯乙 烯微球分散于1 : 1的乙醇-水溶液中，采用電泳沉積法在FT0導(dǎo)電玻璃上沉積PS膠晶模 板，其中沉積電壓為〇. 6V?0. 8V，沉積時(shí)間5min?8min。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種大介孔ZnO納米晶太陽能電極膜的制備方法，其特征在于 所述的ZnO溶膠配制的工藝包括如下：以硝酸鋅為前驅(qū)體，乙醇為溶劑，加入3g/100mL? 5g/100mL的十六烷基三甲基溴化銨（CTAB)為介孔模板劑，在40°C?50°C下攪拌2h?3h， 配制 0. lmol/L ?0. 2mol/L 的 ZnO 溶膠。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種大介孔ZnO納米晶太陽能電極膜的制備方法，其特征在于 所述的大介孔ZnO納米晶太陽能電極膜制備的工藝包括如下：將涂覆PS膠晶的FT0導(dǎo)電玻 璃在ZnO溶膠浸漬10min?15min，在90°C?KKTC下干燥2h?3h，在450°C?500°C下熱 處理2h?3h，其中在25(TC下保溫4h?6h，可得大介孔ZnO納米晶太陽能電極膜。
【文檔編號(hào)】H01M14/00GK104112601SQ201310133691
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月18日
【發(fā)明者】劉志鋒, 梁小平 申請(qǐng)人:天津城市建設(shè)學(xué)院, 天津工業(yè)大學(xué)