[发明专利]氧化锌和二氧化钛杂化电极的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种氧化锌和二氧化钛杂化电极的制备方法。

【背景技术】

光伏电池通常是由吸附有染料的纳米晶TiO₂光阳极(工作电极)、含有I^-/I₃^-氧化还原电对的电解质和对电极三部分组成。对电极的作用是收集电池外电路的电子，并把它快速、低耗地传递给电解质，同时催化还原电解质中的I₃^-。此外对电极还可以将工作电极未吸收的光反射回到工作电极进行二次吸收，提高太阳光的吸收效率。因此，作为DSSCs的对电极，必须具备有高催化活性、高载流子传输能力以及良好的稳定性。

在DSSCs中常用的纳米半导体材料主要是锐钛型的TiO₂，这主要是因为TiO₂的能级和带隙适合制备DSSCs，且锐钛型TiO₂具有孔隙率高、比表面积大的结构特点。这种结构特点一方面有利于吸附更多的染料分子；另一方面可使太阳光在薄膜内部晶粒间的多次反射，从而加强了材料对光的吸收。

TiO₂薄膜的这种多孔结构存在很多的晶粒界面，导致电荷在纳米晶颗粒间传输的电阻较大，电子迁移率低，这也就会存在电子与电解液中的空穴复合的现象(暗电流现象)，使得光伏电池的能量转换效率较低。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种光电转换效率较高的氧化锌和二氧化钛杂化电极的制备方法。

一种氧化锌和二氧化钛杂化电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、将二氧化钛纳米晶颗粒加入溶剂中形成二氧化钛质量浓度为15％～40％的胶体，之后向所述胶体中加入表面活性剂和螯合剂，搅拌均匀后得到二氧化钛胶体；步骤二、将锌源化合物溶液加入所述二氧化钛胶体中混合均匀形成混合胶体，所述混合胶体中二氧化钛与锌离子的摩尔比为1∶0.2～1∶0.05；步骤三、将所述混合胶体涂敷在导电基底上；步骤四、将涂敷有混合胶体的导电基底进行煅烧，使含有二氧化钛和锌源化合物的混合胶体形成氧化锌和二氧化钛杂化薄膜，从而得到氧化锌和二氧化钛杂化电极。

在优选的实施例中，所述表面活性剂为OP乳化剂或聚乙二醇对异辛基苯基醚。

在优选的实施例中，步骤一中，所述表面活性剂在所述二氧化钛胶体中的质量浓度为1％～5％。

在优选的实施例中，步骤一中，所述溶剂选自蒸馏水、乙醇、正丁醇及异丙醇中的至少一种。

在优选的实施例中，所述螯合剂为乙酰丙酮，所述螯合剂在所述二氧化钛胶体中的质量浓度为1％～10％。

在优选的实施例中，步骤二中，所述锌源化合物溶液为醋酸锌，亚硒酸锌，硝酸锌或硫酸锌溶液，所述锌源化合物溶液的锌离子的浓度为0.1～0.5mol/L。

在优选的实施例中，所述导电基底为铟锡氧化物玻璃、掺氟的氧化锡玻璃、掺铝的氧化锌玻璃或者掺铟的氧化锌玻璃。

在优选的实施例中，步骤四中，将涂敷有混合胶体的导电基底以20℃/min的速度升温至450℃，之后在450℃下保温30min，之后冷却至100℃。

在优选的实施例中，在步骤四后还包括步骤：将氧化锌和二氧化钛杂化电极浸入染料溶液中，避光吸附染料24小时后清洗并干燥。

在优选的实施例中，所述氧化锌和二氧化钛杂化薄膜的厚度为12-25μm。

上述氧化锌和二氧化钛杂化电极的制备方法采用氧化锌(ZnO)掺杂在二氧化钛(TiO₂)胶体中，通过烧结形成氧化锌和二氧化钛(ZnO/TiO₂)多孔半导体薄膜，制备工艺较为简单；制备的氧化锌和二氧化钛杂化电极由于ZnO具有与TiO₂相同的禁带宽度(均为3.2eV)，其导带电位均在染料的LUMO能级之下，所以染料敏化的激发电子能够注入到ZnO导带中，除此之外，ZnO还具有比TiO₂更高的电子迁移率，当其填充在TiO₂颗粒当中时，能够提高电子在多孔薄膜中的传输效率，因此能够有效避免电子与电解液中的空穴复合的现象，有助于电池的光电流响应，从而提高光电转换效率。

【附图说明】

图1为一实施方式的氧化锌和二氧化钛杂化电极的制备方法流程图；

图2为一实施方式制备的太阳能电池的结构示意图；

图3为实施例1及对比例1制备的太阳能电池的电流密度与电压特性曲线图。

【具体实施方式】