專利名稱：一種新型染料敏化太陽電池光陽極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于一維有序納米aiO/TiA核-殼結(jié)構(gòu)及紅外上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的染 料敏化太陽電池疊層光陽極，它可以應(yīng)用于染料敏化太陽電池。
背景技術(shù)：
深入研究染料敏化太陽電池中的光電轉(zhuǎn)換的核心部分一一光陽極，對于提高染 料敏化太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率具有重要意義。限制光陽極光電轉(zhuǎn)換效率的因素有多方 面，但以下兩個方面的因素是不容忽視的①太陽光譜中的約占50%的近紅外光沒有被光 陽極充分利用；②如何為電子提供快速傳輸通道，進而減小復(fù)合幾率?；谝陨蟽牲c不足，提出了利用一維有序納米aiO/TiA核-殼結(jié)構(gòu)及紅外上轉(zhuǎn)換 發(fā)光材料的疊層光陽極來提高染料敏化太陽電池的效率。該結(jié)構(gòu)的光陽極具有如下優(yōu)勢 ①充分利用了 TiO2材料優(yōu)良的光伏特性；②核層一維有序納米ZnO提供了電子快速傳輸?shù)?通道，減小了復(fù)合；③殼層TiO2材料能提高電池的開路電壓及填充因子；④利用紅外上轉(zhuǎn) 換材料能有效將近紅外光轉(zhuǎn)換成可見光，進而被染料有效的吸收。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為染料敏化太陽電池提供一種高光電轉(zhuǎn)換效率的光陽極本發(fā)明的另一個目的是為染料敏化太陽電池光陽極的制作提供了一種新的思路。按照本發(fā)明的光陽極結(jié)構(gòu)，其制備的方法包括(1)在生長有ITO導(dǎo)電膜的玻璃襯底上用超聲噴霧熱分解的方法制備一層ZnO納 米薄膜(2)在ZnO納米薄膜上用水熱法生長核層一維有序納米SiO(3)在核層一維有序納米ZnO上用水熱法生長殼層TW2(4)水熱法制備紅外上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料Er3+，Yb3+INaYF4(5)用旋涂法在核-殼結(jié)構(gòu)之上制備TW2及紅外上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的復(fù)合薄膜層本發(fā)明充分利用了 一維有序納米aiO/TiA核-殼結(jié)構(gòu)及紅外上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的 優(yōu)勢，降低了制備成本，簡化制備工藝，降低制備難度，采用新型的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了光陽極光電 轉(zhuǎn)換效率的提高。


基于一維有序納米aiO/Tih核-殼結(jié)構(gòu)及紅外上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的染料敏化太陽 電池疊層光陽極結(jié)構(gòu)中透明玻璃襯底1，透明導(dǎo)電膜IT02，ZnO納米薄膜層3，核層一維有序納米 &104，殼層/TW25，TiO2及紅外上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的復(fù)合薄膜層6。
具體實施例方式如圖所示，在生長有透明導(dǎo)電膜IT02的玻璃襯底1上用超聲噴霧熱分解法生長一 層ZnO納米薄膜層3 (約50nm)，超聲噴霧熱分解生長過程中的溫度保持在300°C。ITO的方 塊電阻為50Ω/ □，ITO導(dǎo)電玻璃的透過率大于85%，核層一維有序納米&104是用水熱法制備的，將乙酸鋅放在一個能夠旋緊的帶蓋 容器中，向其中注入去離子水，并借助于超聲使其充分溶解，然后向溶液中滴入氨水，并不 斷搖動，當溶液變澄清時，停止注入氨水。之后將生長有ZnO納米顆粒層(約50nm)的ITO 玻璃片垂直放入容器的支架上，并將蓋擰緊。最后把容器放入溫度為95°C的烘箱中，并持續(xù) 加熱。然后把容器取出，在空氣中冷卻。把冷卻后的樣品取出，并用去離子水反復(fù)清洗，直 至表面沒有殘留物。在制備過程中需結(jié)合制備條件，使核層一維有序納米&ι04盡量垂直于 襯底生長，這樣有利于后續(xù)制作步驟的進行。在制備過程中還需注意選擇乙酸鋅的用量、氨 水的用量及在烘箱中加熱的時間。殼層是用水熱法制備的，在95°C的水浴中，通過催化劑水解鈦酸鹽的方式， 在核層一維有序納米&104上沉積殼層/Ti025，在制備過程中要注意選擇催化劑的種類、溶 液的濃度及反應(yīng)的時間，這樣有助于控制殼層/Ti025的厚度、形貌及結(jié)構(gòu)。紅外上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料Er3+，Yb3+INaYF4是用水熱法制備，在制備過程中要注意摻雜 濃度、退火溫度及顆粒尺寸大小的選擇，這樣有助于得到合適的發(fā)射光譜。制備的紅外上轉(zhuǎn) 換材料的發(fā)射光要能有效的被染料吸收。TiO2及紅外上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的復(fù)合薄膜層6是用旋涂法制備的，依據(jù)復(fù)合薄膜層 的不同厚度，選擇不同的轉(zhuǎn)速和TW2及紅外上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料混合漿料的濃度，將混合漿料 旋涂于核-殼結(jié)構(gòu)之上，然后再放入高溫爐內(nèi)焙燒(溫度小于300°c )。本發(fā)明不限于上述的實施例，可以通過改變?nèi)玖系姆N類，來制備不同發(fā)射光譜的 紅外上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，一維有序納米ai0(4)/Ti02(5)核-殼結(jié)構(gòu)、TiO2及紅外上轉(zhuǎn)換發(fā)光 材料的復(fù)合薄膜層6的制備方法，也可以有其它方法可供選擇。
權(quán)利要求
1. 一種基于一維有序納米aiO/TiA核-殼結(jié)構(gòu)及紅外上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的染料敏化太 陽電池疊層光陽極，該陽極包括透明導(dǎo)電膜ΙΤ0(2)、透明玻璃襯底(1)、ZnO納米薄膜層 (3)、一維有序納米&i0(4)/Ti02(5)核-殼結(jié)構(gòu)和TW2及紅外上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的復(fù)合薄膜 (6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽電池疊層光陽極，其特征在于，染料敏化太 陽電池疊層光陽極采用了新型的結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組成部分為一維有序納米&ι0(4)/ TiO2 (5)核-殼結(jié)構(gòu)和TiA及紅外上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的復(fù)合薄膜(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的染料敏化太陽電池疊層光陽極，其特征在于TW2及紅外上轉(zhuǎn) 換發(fā)光材料的復(fù)合薄膜(6)在染料敏化太陽電池疊層光陽極中的應(yīng)用。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的染料敏化太陽電池疊層光陽極，其特征在于紅外上轉(zhuǎn)換發(fā)光 材料的發(fā)光能被染料有效的吸收。
全文摘要
一種基于一維有序納米ZnO/TiO2核-殼結(jié)構(gòu)及紅外上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的染料敏化太陽電池疊層光陽極，包括在生長有透明導(dǎo)電膜ITO(2)的透明玻璃襯底(1)上生長ZnO納米薄膜層(3)，在ZnO納米薄膜層上生長一維有序納米ZnO(4)/TiO2(5)核-殼結(jié)構(gòu)，最后制備一層TiO2及紅外上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的復(fù)合薄膜(6)。利用一維有序納米ZnO/TiO2核-殼結(jié)構(gòu)及紅外上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的染料敏化太陽電池疊層光陽極具有如下優(yōu)勢①充分利用了TiO2材料優(yōu)良的光伏特性；②核層一維有序納米ZnO為電子提供了快速傳輸?shù)耐ǖ溃瑴p小了復(fù)合；③殼層TiO2材料能提高電池的開路電壓及填充因子；④利用紅外上轉(zhuǎn)換材料能有效將近紅外光轉(zhuǎn)換成可見光，進而被染料有效的吸收。
文檔編號H01G9/048GK102082031SQ20091023094
公開日2011年6月1日 申請日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
發(fā)明者張仲, 李世帥, 李萍, 王培吉, 魏顯起, 黃金昭 申請人:濟南大學(xué)