[发明专利]一种太阳能电池复合结构光阳极材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池用透明电极材料及其制造方法，涉及一种太阳能电池复合结构光阳极材料及制备方法。

背景技术

随着纳米科学与技术的日益成熟和快速发展，降低太阳电池成本，提高光电转化效率和稳定性的一个重要思想是利用纳米技术。自1991年瑞士科学家Gr??tzel M.等人首次报道染料敏化纳米晶太阳电池，开辟了太阳能电池发展史上的崭新时代，为利用太阳能提供了一条新的途径。

近几年，基于纳米材料的染料敏化太阳电池发展相当迅速。作为染料太阳电池的核心部分之一，光阳极材料通常为TiO₂、ZnO、SnO₂、Nb₂O₅、WO₃、CeO₂等半导体材料。与其他结构相比，一维纳米结构具有较大的孔隙率和极大的比表面积，可吸附更多的染料分子，在纳米晶太阳电池的光阳极中应用广泛。一维有序的纳米阵列具有排序高度规整、分布均匀、比表面积大、高的量子效应和结构效应等优势，有利于电极吸附敏化功能材料，从而增加电池效率；一维有序纳米阵列减小了光生载流子在纳米结构光阳极网络中的穿越过程，从而提高染料敏化太阳电池光阳极的电荷收集效率，增加电池的光电转换效率。ZnO纳米线、TiO₂纳米线，等作为具有良好性能的光阳极材料开展了大量的研究。文献报道制备了ZnO/TiO₂核壳结构纳米线光阳极，性能相比单一的ZnO纳米线阳极进一步获得了提升。

文献中使用的透明导电玻璃均是ITO或者FTO透明导电玻璃，以ITO或者FTO玻璃作为基底利用水热法制备ZnO纳米线光阳极材料，在这个过程中，必须在基底上制备一层ZnO种子层，一般采用磁控溅射或者化学溶液煅烧法制备，使得光阳极的制备工艺较为复杂。

此外，在制备TiO₂/ZnO核壳结构纳米线光阳极方面，目前在ZnO纳米线表面制备TiO₂层，主要利用磁控溅射、电化学或者溶胶凝胶、原子层沉积等方法。但磁控溅射、电化学或者溶胶凝胶法具有先天的缺陷， TiO₂在ZnO纳米线表面沉积不均匀，性能难以精确控制。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种太阳能电池复合结构光阳极及制备方法。

一种太阳能电池复合结构光阳极，其特征在于，其结构包括玻璃基底、在玻璃基底上的Al掺杂ZnO透明导电薄层、在此导电薄膜基础上ZnO纳米线阵列，以及在ZnO纳米线阵列表面均匀沉积的TiO₂纳米薄膜，上述结构可简化为AZO透明导电薄玻璃、以及在导电薄膜基础上形成的TiO₂/ZnO核壳结构纳米线阵列。

所述的AZO透明导电薄膜，其厚度为150-200nm。

所述的ZnO纳米线阵列，其纳米线长度约为500nm-5000nm。

述的在ZnO纳米线阵列表面沉积TiO₂薄层，其厚度为5nm-30nm。

一种太阳能电池复合结构光阳极的制备方法，其特征在于，AZO透明导电薄膜是利用原子层沉积制备，ZnO纳米线阵列是利用水热法制备，在ZnO纳米线阵列表面沉积TiO₂薄层是利用原子层沉积制备。

所述利用原子层沉积制备AZO玻璃，包括以下步骤：

（1）将玻璃基底用酒精、丙酮下利用超声波清洗洗净并放入反应室，将反应室温度加热至150??C；

（2）将二乙基锌（Zn(CH₂CH₃)₂）前驱体在0.1托～10托压力下通入反应室，时间为0.5秒；

（3）将氮气或惰性气体通入反应室，以清除未被基底化学吸附的二乙基锌残余气体，时间为2～4秒；

（4）在0.1托～10托压力下，将臭氧或水蒸汽反应气体通入反应室，时间为0.5秒，使被基底吸附的二乙基锌分子与臭氧或水蒸汽发生反应，形成一个ZnO原子层的沉积；

（5）再将氮气或者惰性气体通入反应室，以清除未发生反应的臭氧或水蒸汽以及所述反应的副产物，时间为2～4秒；

（6）重复步骤（2）～（5）19次，使基底上覆盖的一定厚度ZnO层；