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具有高太阳能转换效率的三壳层ZnO花状微米球的制备方法技术

技术编号:12395296 阅读:104 留言:0更新日期:2015-11-26 02:11
本发明专利技术公开了一种具有高太阳能转化效率的三壳层ZnO花状微米球的制备方法,属于染料太阳能电池领域。首先搅拌溶解二水合柠檬酸三钠和六次甲基四胺制成溶液;将Zn(NO3)2溶液与上述溶液混合搅拌均匀,再于95℃-120℃下水热反应;将水热反应产物清洗、干燥得到所述微米球。本发明专利技术合成了具有高太阳能转化效率的多壳层的ZnO花状微米球,原材料便宜,制备工艺简单,一步合成,没有使用任何模板,合成温度低,制备所得产物量大,产品具有较大的比表面积及三壳层结构,具有很高的光吸收效率,太阳能转化效率稳定无二次污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有高太阳能转换效率的ZnO花状微米球的制备方法,属于染料 太阳能电池领域。
技术介绍
太阳能是一种丰富巨大,洁净,可再生的能源,但是人们对于太阳的利用只有1%。 如果人类对太阳能的利用能够达到10%,那么这些太阳能足够全世界的人类来用。因此怎 么样提高太阳能的转化效率,已经成为人们寻求新能源的当务之急。传统的太阳能电池使 用半导体Si来制备的,我们都知道Si的制作工艺比较复杂,成本比较高,如果能够采用一 种工艺简单、无污染且太阳能转化效率高的方法来制备太阳能电池,这将大大的改善人类 对太阳能的利用率。 ZnO作为一种尚效、廉价、无毒、易制备等特性,成为大家广泛追逐的半导体之一。 ZnO半导体在光催化以及气敏传感器领域已有广泛的应用,然而在染料敏化电池领域发展 比较缓慢,这主要是由于传统的ZnO的太阳能转化效率低,不稳定。传统的多壳层ZnO基本 都是用模板法制备而成的,制备工艺比较繁琐,成本比较昂贵,产量也低。此外,ZnO的内外 壳层都是稀疏多孔的结构,光很容易透过其内部,从而减少了对光的吸收。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有高太阳能转化效率的ZnO花状微米求的制备方法。 实现本专利技术目的的技术方案是: -种具有高太阳能转化效率的三壳层ZnO花状微米球的制备方法,其步骤如下: 步骤(1):搅拌溶解二水合柠檬酸三钠和六次甲基四胺制成溶液; 步骤(2):将Zn(NO3)2溶液与步骤⑴制得的溶液混合搅拌均匀; 步骤(3):将步骤⑵混合溶液于95°C_120°C下水热反应; 步骤(4):将水热反应产物清洗、干燥得到所述微米球。 步骤⑴中,Zn(NO3)2、二水合柠檬酸三钠和六次甲基四胺的物质的量之比为 10:10: (1-4)〇 步骤⑴和⑵中,所述的搅拌时间为0. 5-2小时。 步骤(3)中,水热反应时间为0? 5h_2h。 步骤⑷中,干燥温度为50°C-70 °C。 与现有技术相比,本专利技术的优点在于:首次合成具有高太阳能转化效率的三壳层 ZnO花状微米球结构,制备工艺简单,一步合成,合成温度低,制备所需原材料便宜,合成量 大,太阳能转化效率高。【附图说明】 图1为本专利技术实例1所制备的具有高太阳能转化效率的三壳层ZnO花状微米球结 构的X-射线衍射图。 图2为本专利技术实例1所制备的具有高太阳能转化效率的三壳层ZnO花状微米球结 构的扫描电镜照片图(其中,a为5ym,b为lym)。 图3为本专利技术实例1所制备的具有高太阳能转化效率的三壳层ZnO花状微米球结 构的高倍透射电镜图。 图4为本专利技术实例1所制备的具有高太阳能转化效率的三壳层ZnO花状微米球结 构的开路电流-开路电压曲线图。【具体实施方式】 本专利技术的技术方案在下面的附图和实例中将进一步进行阐述。 实例 1 : 选取 7. 43725gZn(NO3)2 ? 6H20 粉末(99. 99%,Sigma-Aldrich)放入 200ml的烧 杯中,加100mL去离子水溶解,并搅拌1小时。与此同时,取I. 17640g二水合柠檬酸三钠粉 末(99.99%,Sigma-Aldrich)和 3. 5000g六次甲基四氨(99.99%,Sigma-Aldrich)放入 另外200ml烧杯中,加100mL去离子水溶解,搅拌1小时后,将二者混合再搅拌1小时。将 混合溶液置于4个50ml的反应釜中,在105°C下反应2小时,然后取出反应釜在常温下冷 却,之后将所得沉淀物用去离子水和无水乙醇交替离心清洗,并且将所得产物在50°C下干 燥12小时,将干燥后的产物取出,得到纯的ZnO。 实例 2 : 选取 5. 9496gZn(NO3)2.6H20 粉末(99. 99%,Sigma-Aldrich)放入 200ml的烧杯 中,加100mL去离子水溶解,并搅拌1小时。与此同时,取I. 17640g二水合柠檬酸三钠粉末 (99. 99%,Sigma-Aldrich)和 2. 8000g六次甲基四氨(99. 99%,Sigma-Aldrich)放入另外 200ml烧杯中,加100mL去离子水溶解,搅拌1小时后,将二者混合再搅拌1小时。将混合溶 液置于4个50ml的反应釜中,在120°C下反应4小时,然后取出反应釜在常温下冷却,之后 将所得沉淀物用去离子水和无水乙醇交替离心清洗,并且将所得产物在60°C下干燥12小 时,将干燥后的产物取出,得到纯的ZnO。 实例 3 : 选取 8. 9244gZn(NO3)2.6H20 粉末(99. 99%,Sigma-Aldrich)放入 200ml的烧杯 中,加100mL去离子水溶解,并搅拌1小时。与此同时,取0. 5882g二水合柠檬酸三钠粉末 (99. 99%,Sigma-Aldrich)和 4. 2000g六次甲基四氨(99. 99%,Sigma-Aldrich)放入另外 200ml烧杯中,加100mL去离子水溶解,搅拌1小时后,将二者混合再搅拌1小时。将混合溶 液置于4个50ml的反应釜中,在120°C下反应30min,然后取出反应釜在常温下冷却,之后 将所得沉淀物用去离子水和无水乙醇交替离心清洗,并且将所得产物在70°C下干燥12小 时,将干燥后的产物取出,得到纯的ZnO。 如图 1,图 2,图 3 所示,采用D8ADVANCE型XRD(Cukaradiation,/l=l.M06A,德 国Bruker-AXS公司)测定所制备样品的晶相结构。采用日立公司(日本)的S4800II型FESEM(FESEM,s-4800II,Hitachi)对所制备样品的形貌进行观察。采用荷兰philips-FEI 公司的TecnaiF30场发射透射电镜(HRTEM,TecnaiF30,FEI)对样品的结构进行直观的探 测和表征。 试验结果表明: 图1为本专利技术实例1所制备的三壳层的ZnO花状微米球的X-射线衍射图。图1 中所示的所有的衍射峰从左到右分别对应于ZnO的(100),(002),(101),(102),(110), (103),(112),(201),从XRD我们可以看出我们所得到的ZnO是纤锌矿结构。 图2为本专利技术实例1所制备的具有高太阳能转化效率的三壳层ZnO花状微米球的 扫描电镜照片图。从图2(a)中可知,实例所制备的花状ZnO微米球具是有大比表面积核壳 结构,直径大约在2-3ym左右。从图2(b)中我们可以看出实例所制备的核壳ZnO的花状 微球的外层是由大量相互连接的纳米片组装而成,而它的内核却是光滑的球形。 图3为本专利技术实例1所制备的具有高太阳能转化效率的三壳层ZnO花状微米球的 高倍透射电镜图。从图3中我们可以清晰的看出实例所制备的ZnO是三壳层的花状的结构, ZnO纳米片是由ZnO纳米颗粒组装而成的,颗粒之间有许多的间隙。三层核壳结构的ZnO有 利于光从粗糙的外层进入光滑的球内,经过多次散射,提高了光的吸收效率,从而增加了太 阳能的转化效率。 图4为本专利技术实例1所制备的具有高太阳能转化效率的三壳层ZnO花状微米球的 短路电流-开路电压曲线图。从图4中可以看出,本专利技术所合成的三壳层ZnO花状微米球 材料的开路电压为〇. 754V,短路电流为14. 64mA/cm2。通过短路电流-开路电压曲线,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高太阳能转化效率的三壳层ZnO花状微米球的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤(1):搅拌溶解二水合柠檬酸三钠和六次甲基四胺制成溶液;步骤(2):将Zn(NO3)2溶液与步骤(1)制得的溶液混合搅拌均匀;步骤(3):将步骤(2)的混合溶液于95℃‑120℃下水热反应;步骤(4):将水热反应产物清洗、干燥得到所述微米球。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:梅超曾祥华夏炜炜沈小双
申请(专利权)人:扬州大学
类型:发明
国别省市:江苏;32

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