Ａｌ２Ｏ３修饰ＺｎＯ纳米多孔薄膜复合电极的制备方法技术

本发明专利技术属于纳米材料技术领域，特别涉及一种Ａｌ２Ｏ３修饰ＺｎＯ纳米多孔薄膜复合电极的制备方法。其特征在于：利用ＺｎＯ纳米颗粒多孔薄膜作为复合电极基础层；选取旋转涂覆氧化铝溶胶法作为制备Ａｌ２Ｏ３－ＺｎＯ纳米颗粒多孔薄膜复合电极的方法；通过对溶胶的浓度、涂覆层数、烧结次数的调整可合理控制Ａｌ２Ｏ３薄膜涂层的厚度，从而实现对复合电极性能的调控，利用氧化铝修饰层来提高氧化锌纳米颗粒多孔薄膜电极在进行染料敏化过程中的抗酸腐蚀性。本发明专利技术制备的用于染料敏化太阳能电池的稳定性高的Ａｌ２Ｏ３－ＺｎＯ纳米颗粒多孔薄膜复合阳极。具有性能稳定、耐酸性强、制备方法简单、成本低、效率高、面积可调范围广以及适合工业生产等许多优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米材料
，特别是提供了一种利用氧化铝修饰层来提高氧化 锌纳米颗粒多孔薄膜电极在进行染料敏化过程中的抗酸腐蚀性的方法，涉及一种高稳定性 的染料敏化太阳能电池阳极的制备方法。
技术介绍
随着科技的发展，人类对地下能源的消耗急剧增加，地球正面临着十分严重的能 源危机和环境污染。因此开发成本廉价、环境友好的新能源已经成为当前研究领域的一 个热点。太阳能是人类得以生存和发展的最基础的能源形式。光伏发电技术的研究始 于20世纪50年代，它的出现为太阳能利用开辟了广阔的空间。随着相关技术得到突破， 基于低成本、原料丰富和易制备等优势，染料敏化太阳能电池渐渐成为最具竞争力的太阳 能电池之一。特别是近些年来，人们逐渐发现ZnO纳米材料在染料敏化太阳能电池这一 领域也有着潜在优势。ZnO纳米材料的制备方法简单多样，且可获得多种形貌的纳米结 构，有利于对光阳极的结构进行优化。同时，其电子迁移率高，有可能进一步提高电池的双·。 (Z. Qin, Q. L. Liao, Y. H. Huang, L. D. Tang, Χ. H. Zhang, Y. Zhang, Mater. Chem. Phys. 123(2010)811 ；N. Ye, J. J. Qi, Z. Qi, X. M. Zhang, Y. Yang, J. Liu, Y. Zhang, J. Power Sources 195 (2010) 5806 ；M. Law, L. E. Greene, J. C. Johnson, R. SaykalIy, P. D. Yang, Nat. Mater. 4 (2005) 455.)。由于现有一维ZnO纳米结构电极的有限的比表面积，因此基于ZnO 纳米颗粒多孔薄膜阳极的染料敏化太阳能电池依然保持着相对较高光能量转化效率。目前，基于ZnO纳米颗粒多孔薄膜阳极的染料敏化太阳能电池的转化效率的提高 受到了一定的限制。其中较为主要的原因在于商用化的直接应用。这些钌的联吡啶络合物 染料大多带有-COOH官能团，使得这些染料在溶液中显现酸性。这不仅会对ZnO纳米材料 的表面造成腐蚀，而且会产生一种严重阻碍电子注入效率的Zn27dye配合物，最终大大降 低了染料敏化太阳能电池转化效率。目前各国的科学家正试图通过表面修饰的手段来阻 止酸性染料对基于ZnO纳米材料电池性能的降低，但是不同的修饰方法产生的作用各异， 并且也没有取得显著的性能改善效果。(M. Law, L. Ε. Greene, A. Radenovic, Τ. Kuykendal 1, J. Liphardt, P. D. Yang, J. Phys. Chem. B 110 (2006) 22652 ；S. H. Kang, J. Y. Kim, Y. Kim, H. S. Kim, Y. E. Sung, J. Phys. Chem. C 111 (2007) 9614 ；Y. J. Shin, K. S. Kim, N. G. Park, K. S. Ryu, S. H. Chang, Bull. Korean Chem. Soc. 26(2005) 1929 ；X. J. Wang, M. K. Lei，T. Yang, L. J. Yuan, J. Mater. Res. 18 (2003) 2401.)。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种通过涂覆氧化铝保护层来提高氧化锌纳米颗粒多孔 薄膜电极在酸性染料中的耐腐蚀方法，制备出一种用于染料敏化太阳能电池高稳定性的 Al2O3-ZnO纳米颗粒多孔薄膜复合阳极。具有性能稳定、耐酸性强、制备方法简单、成本低、 效率高、面积可调范围广以及适合工业生产等许多优点。本专利技术提出了一种适用于酸性染料敏化的Al2O3-ZnO纳米颗粒多孔薄膜复合电极 的制备方法。采用刮涂法方法在导电基底上制备了多孔的ZnO纳米颗粒薄膜；利用旋转涂 覆法在ZnO纳米颗粒薄膜表面复合一层Al2O3薄膜。选择适当的工艺参数来获得在敏化过程 中耐酸性强、电极性能最优的Al2O3-ZnO纳米颗粒多孔薄膜复合电极。具体工艺步骤如下1.将ZnO粉末放入研磨钵中充分研磨0. 5 1小时后，在400 600摄氏度下热 处理0. 5 1小时，最后自然冷却至室温。2.将步骤1处理过的ZnO粉末与松油醇、乙基纤维素以2 8 1 1 5 1 的比例分散于无水乙醇中制备成浆料。先超声波震荡处理0. 5 1小时，并不停搅拌至充分 分散。随后放在加热炉上加热，并不断搅拌20 30分钟，直至形成粘稠状ZnO纳米浆料。3.将ZnO纳米浆料在导电基底上均勻铺展，干燥后在400 600°C的箱式炉中煅 烧0. 5 1小时，自然冷却后取出。重复本步操作多次，可得到多层涂敷的ZnO纳米颗粒多 孔薄膜电极。4.将异丙醇铝与蒸馏水配置成的摩尔数比为1 100 1 200的氧化铝溶胶。5.用滴管吸取步骤4所述氧化铝溶胶滴1滴于上述制得的ZnO纳米颗粒多孔薄膜 表面。静置10秒钟后，分别在低速档(1000转/分)旋转10 15秒，在高速档(3000转 /分)旋转15 20秒。重复本步涂覆步骤，直到获得所需的均勻涂层的参数要求。6.将步骤5所述旋涂好的电极放入箱式炉中，在400 800°C区间热处理30分钟 至1小时，并自然冷却至室温。此电极即为所制得的Al2O3-ZnO纳米颗粒多孔薄膜复合电 极。与现有技术相比，本专利技术所提供的基于ZnO纳米颗粒多孔薄膜染料敏化太阳能电 池电极的制备方法有以下优点1.通过旋涂法增加了 Al2O3保护层，提高了 ZnO纳米颗粒多孔薄膜电极在酸性染 料中浸泡时的抗酸腐蚀性，有效抑制了 ZnO颗粒之间的团聚及影响电极性能的Zn27dye配 合物的产生。2.采用旋涂溶胶法工艺简单，可获得厚度均一、结合力强、渗透性好的大面积 Al2O3薄膜涂层。3.通过对氧化铝溶胶的浓度、涂覆层数、烧结工艺的调整可合理控制Al2O3修饰层 薄膜的厚度。4.利用该复合电极组装的染料敏化太阳能电池的性能得到了极大的稳定，光能量 转化效率也得到了明显的提高。附图说明图1为本专利技术采用刮涂制备的ZnO纳米颗粒多孔薄膜的场发射扫描电镜照片。所 得薄膜颗粒尺寸均一、孔隙多。图2为本专利技术采用旋转涂覆法制备的Al2O3-ZnO纳米颗粒多孔薄膜复合电极侧面 的场发射扫描电镜照片。图3为本专利技术制备的Al2O3-ZnO纳米颗粒多孔薄膜复合电极的能谱分析。图4为本专利技术利用制备的Al2O3-ZnO纳米颗粒多孔薄膜复合电极组装的染料敏化 太阳能电池的在不同敏化时间下的性能曲线。该曲线反应了本专利技术制备的电极在敏化过程中具有着优异的耐酸腐蚀性能。 具体实施例方式下面结合实例对本专利技术的技术方案进行进一步说明实例11.将ZnO粉末放入研磨钵中充分研磨0. 8小时后，在500°C下烧结30分钟后自然冷却至室温。2.将上述处理过的ZnO粉末(2g)、松油醇(8. 7mL)、乙基纤维素(1. Og)、无水乙醇 (50mL)混合制备成浆料。先超声波震荡搅拌处理30分钟。随后放在加热炉上加热，并不断 搅拌20-30分钟，直至形成粘稠状浆料。3.将ZnO纳米浆料在FTO导电玻璃上均勻铺展，干燥后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］修饰ＺｎＯ纳米多孔薄膜复合电极的制备方法，其特征在于，制备工艺步骤为：ａ．将ＺｎＯ粉末放入研磨钵中充分研磨后，在４００～６００℃下热处理０．５～１小时；ｂ．将步骤ａ．所述处理过的ＺｎＯ粉末与松油醇和乙基纤维素分散于无水乙醇制备成ＺｎＯ纳米浆料，ＺｎＯ粉末∶松油醇∶乙基纤维素质量比为２∶８∶１～１∶５∶１；ｃ．将ＺｎＯ纳米浆料超声搅拌分散后，加热搅拌２０～３０分钟直至形成粘稠状ＺｎＯ纳米浆料，并将其在导电基底上均匀铺展，煅烧一段时间后自然冷却，形成ＺｎＯ纳米颗粒多孔薄膜；ｄ．吸取氧化铝溶胶滴于步骤ｃ．所述制得的ＺｎＯ纳米颗粒多孔薄膜表面，静置１０秒钟后旋转涂覆，直到获得所需的均匀涂层的参数要求；ｅ．将步骤ｄ．所述旋涂好的电极进行热处理后，获得此电极即为所制得的Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］－ＺｎＯ纳米颗粒多孔薄膜复合电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张跃，秦子，黄运华，廖庆亮，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]