[发明专利]一种染料敏化太阳能电池Ag改性ZnO薄膜电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种染料敏化太阳能电池的Ag改性ZnO薄膜电极及其制备方法。

背景技术

染料敏化纳米晶太阳能电池是新一代的太阳能电池。1991年，Gratzel M.在《Nature》上发表了关于染料敏化纳米晶体太阳能电池(Dye Sensitized SolarCells，简称DSSCs)的文章，以较低的成本得到了大于7％的光电转化效率，1997年，该电池的光电转化效率达到了10％～11％，短路电流达到18mA/cm²，开路电压达到720mV；从而引起了全世界的关注。与传统的半导体太阳能电池相比，DSSCs制备工艺简单，不需要在高洁净度下环境制造，加工成本低(制造成本仅为硅太阳能电池的1/5～1/10)；具有很好的透光性，可以与窗饰材料等集成作为新一代节能建筑材料；DSSCs可以在在各种光照条件下使用，不必阳光直射，在阳光散射的条件下也可以很好的利用太阳光，对光阴影不敏感；可在很宽温度范围内正常工作等优点；并且可以在柔性基板上制作。以上的特点使得染料敏化纳米晶太阳能电池具有很好的大规模应用前景。

染料敏化太阳能电池成本低廉、容易制备，被认为是硅太阳能电池最有力的替代者。该电池的关键部件是半导体电极。这种半导体电极一般是由半导体纳米颗粒组成的。电荷在这种由纳米颗粒组成的半导体电极中的传输电阻较大，这阻碍了该电池光电转换效率的进一步提高。用准一维半导体阵列(纳米线阵列、纳米管阵列、纳米棒阵列和纳米带阵列)来代替半导体纳米颗粒所制成的半导体电极，可以减少电荷在半导体电极中的传输电阻，有利于该电池光电转换效率的进一步提高。并且，这种准一维半导体阵列，有利于电解质中I₃^-和I^-的传输，有利于减少电池的内阻和提高电池的光电转换效率。与由纳米颗粒组成的半导体电池相比，固态电解质和准固态电解质更容易进入到准一维半导体阵列电极中，从而使准一维半导体阵列电极在固态和准固态电池中有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种染料敏化太阳能电池的Ag改性ZnO薄膜电极及其制备方法。该方法提供了三种不同的制备步骤，通过该方法得到的染料敏化太阳能电池的Ag改性ZnO薄膜电极可以减少电荷在光阳极中的传输电阻，减少电解质中I₃^-和I^-的传输电阻，有利于提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的，一种用于染料敏化太阳能电池的Ag改性的ZnO电极，其特征在于：所述染料敏化太阳能电池的ZnO电极为在基底上电镀一层具有ZnO纳米带阵列的ZnO薄膜电极；或先在工作电极基底上涂覆一层氧化物进行前处理后，再电镀一层具有ZnO纳米带阵列的ZnO薄膜电极；或在经过电镀一层具有ZnO纳米带阵列的ZnO电极的基础上再进行后处理，涂覆一层氧化物的复合膜层；然后把制备得到具有ZnO纳米带阵列的ZnO薄膜电极进行Ag改性，最后得到用于染料敏化太阳能电池的Ag改性的ZnO电极。

所述ZnO纳米带阵列等间距直立在基底上，ZnO纳米带阵列之间的间距为10～3000nm。

本发明给出了该用于染料敏化太阳能电池的Ag改性的ZnO电极的制备方法，具体制备方法包括：

工艺一、直接在工作电极基底上制备：

1)将含有工作电极、对电极和参比电极的三电极系统中的工作电极和对电极相距设为2～6mm置于电镀槽中，并在电镀槽中按照20-90wt％的非离子型表面活性剂和0.001-1mol/L的硝酸锌溶液重量比为3∶2～4∶1的比例，在50～80℃温度下混合成电镀液；然后在-0.9～-1.1V电镀电压下，在工作电极上沉积出厚度为4～50nm纳米层ZnO膜；将工作电极在去离子水中浸泡24h，期间间隔10～60分钟时间换一次去离子水；最后取出工作电极在煅烧温度为300-600℃下煅烧0.5～2h，即得到具有ZnO纳米带阵列的ZnO薄膜电极；

2)将煅烧得到的具有ZnO纳米带阵列的ZnO薄膜电极置于放置有10～500mg/L的硝酸银溶液的反应器内，并将反应器置于波长为200～350nm的3～12W紫外灯下照射1h，得到用于染料敏化太阳能电池的Ag改性的ZnO电极。

工艺二、先按照下述方法在工作电极基底上涂覆一层氧化物进行前处理：