ZnO溶胶复合Sn掺杂ZnO厚膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种ZnO溶胶复合Sn掺杂ZnO厚膜的制备方法，它包括水热法制备Sn掺杂ZnO粉体、sol-gel法制备ZnO溶胶和手术刀法制备ZnO溶胶复合Sn掺杂ZnO厚膜三个主要步骤。本发明专利技术中Sn掺杂ZnO粉体存在介孔结构，具有更大的比表面积，ZnO溶胶粘稠度可控，最终得到的ZnO厚膜附着力强、粒度均匀、膜厚可控、性能优良。将该方法制备的ZnO溶胶复合Sn掺杂ZnO厚膜应用于染料敏化太阳能电池中，得到了更优的光电转换性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，特别是一种将水热法、sol-gel法和手术刀法等技术结合，在导电玻璃基底上制备ZnO厚膜的方法。
技术介绍
ZnO是II 一 VI族具有纤锌矿结构的直接宽带隙化合物半导体材料，室温下的禁带宽为3.36eV，晶格常数a=0.32496nm, c=0.52065nm。由于它具有优良的电学、光学和压电性质，因此在很多领域都有很广泛的应用。与介孔TiO2相比，ZnO具有一些独特的性质，如ZnO具有大的激子束缚能(60meV)和小的玻尔半径(1.8nm)，表现出了极强的激子复合特性，ZnO中的电子迁移率大于TiO2中的电子迁移率等。ZnO纳米材料由于其独特的光电特性，作为染料敏化太阳能电池(DSSC)结构中的电极材料，能提高材料的电子传输速率，抑止暗电流产生，有利于提高DSSCs的转换效率。在大量的研究中，光电极膜厚都在微米级别以上。因为当孔隙率和孔径一定时，增大膜厚(d)意味着增大光电极的总内表面积，从而可以吸附更多的染料分子，吸收更多的光子。因此增大d可以增大产生的光生电子数目，从而增大电流。但是太厚的染料会增加载流子的复合中心，从而又减小电流。所以，适当的膜厚对于DSSCs的转换效率是至关重要的。Sol-gel法旋涂制膜在制备厚度在微米级别的膜方面存在局限性，那么制备ZnO粉体，然后利用丝网印刷或手术刀法制膜就显得必要。另一方面，人们发现适当的掺杂能改变ZnO材料的禁带宽度、有效改善其性能，如惨Mn、Mg等可以提闻ZnO薄I旲的紫外发射性能，惨Al、Ga可以提闻其导电性等等。因此，研究掺杂型的ZnO具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种，是一种利用水热法和sol-gel法，结合手术刀法在导电玻璃基底上制备ZnO厚膜的方法。为达到上述目的，本专利技术解决上述技术问题采用如下方案: 一种，该方法包括以下步骤: A.水热法制备Sn掺杂ZnO粉体:以三嵌段共聚物P123为模板剂、二水乙酸锌为前驱体、五水四氯化锡为掺杂剂、尿素为缓冲剂、水为溶剂,配制成0.05mol/L的Zn前驱溶液，Zn与Sn的摩尔比为9:1，然后放入高压釜中，90°C保温24h，得到的沉淀烘干后经450°C退火4h，最终成为Sn掺杂ZnO粉体； B.Sol-gel法制备ZnO溶胶:以三嵌段共聚物P123为模板剂、二水乙酸锌为前驱体、无水乙醇为溶剂、二乙醇胺为稳定剂、乙酰丙酮为螯合剂，预先合成lmol/L的Zn的前驱溶液，其中无水乙醇:二乙醇胺:乙酰丙酮的体积比为13:1:2，之后再加入10#%乙基纤维素作为成膜剂；在70°C下油浴3h，即得到ZnO溶胶；C.手术刀法制备ZnO溶胶复合Sn掺杂ZnO厚膜: a.按照1:10的质量比称取步骤A中的粉体及步骤B中的溶胶，再加入0.05mL曲拉通，在研钵中研磨30分钟，使浆料均匀无大颗粒粉体存在； b.将清洗干净的导电玻璃用胶带固定在平整工作台上，取一小勺步骤a中制备好的浆料轻轻涂抹在导电玻璃表面，用洁净平直的刀片反复刮涂浆料，直至导电玻璃表面形成平整均匀的涂膜层厚膜。D.干燥及退火处理:将上述涂膜层厚膜置放于烤胶台上进行干燥，依次经过90°C干燥30min、120°C干燥2.5h 3h、160°C干燥2h，最后将厚膜置放于450 1:的马弗炉中退火4h，自然冷却至室温，最终得到ZnO溶胶复合Sn掺杂ZnO厚膜。同现有技术相比，本技术具有以下优点: 1.本专利技术将水热法、sol-gel法和手术刀法等制膜技术结合于一体； 2.本专利技术中用水热法制备的Sn掺杂ZnO粉体具有介孔结构，大大增加了材料比表面积； 3.本专利技术在用手术刀法制备 厚膜时，完全使用ZnO溶胶代替传统的水或乙醇等溶剂，再经过特定的干燥和退火处理后，得到的ZnO溶胶复合Sn掺杂ZnO厚膜，附着力强、无裂纹、粒度均 匀、膜厚可控、性能优良； 4.采用本方法制备的ZnO溶胶复合Sn掺杂ZnO厚膜符合光电太阳能电池的光敏化电极的要求，可用于组装染料敏化太阳能电池，降低加工成本，提高电池效率。附图说明图1是使用本专利技术方法步骤A中制备的Sn掺杂ZnO粉体的N2吸附脱附曲线。图2是使用本专利技术方法步骤A中制备的Sn掺杂ZnO粉体与纯的ZnO粉体的孔径分布对比图。图3是使用本专利技术方法制备的ZnO溶胶复合Sn掺杂ZnO厚膜作为电极组装的染料敏化太阳能电池得到的J-V特性曲线与纯ZnO厚膜、未经溶胶复合的Sn掺杂ZnO厚膜分别作为电极组装的染料敏化太阳能电池得到的J-V特性曲线的对比图。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术实施例作进一步说明。实施例一种，该方法包括以下步骤: A.水热法制备Sn掺杂ZnO粉体:以三嵌段共聚物P123为模板剂、二水乙酸锌为前驱体、五水四氯化锡为掺杂剂、尿素为缓冲剂、水为溶剂,水热法制备了 Sn掺杂ZnO粉体,其中Zn与Sn的摩尔比为9:1。首先，将0.548g三嵌段共聚物P123、0.988g 二水乙酸锌、1.5g尿素溶入IOOmL去离子水中，搅拌均匀后加入0.175g五水四氯化锡，继续搅拌2h后转入高压釜内，90°C保温24h，最后经过滤、90°C烘干、450°C退火4h，得到Sn掺杂ZnO粉体； B.Sol-gel法制备ZnO溶胶:以三嵌段共聚物P123为模板剂、二水乙酸锌为前驱体、无水乙醇为溶剂、二乙醇胺为稳定剂、乙酰丙酮为螯合剂、乙基纤维素为成膜剂，制备ZnO溶胶。首先将1.092g P123溶于13mL无水乙醇中，搅拌至澄清后依次加入2.854g 二水乙酸锌、ImL 二乙醇胺和2mL乙酰丙酮，搅拌至完全溶解均匀后，加入0.198g乙基纤维素，70°C下油浴3h后取出，静置24h，得到稳定的ZnO溶胶； C.手术刀法制备ZnO溶胶复合Sn掺杂ZnO厚膜: a称取0.15g步骤A中的粉体及1.5g步骤B中的溶胶，再加入0.05mL曲拉通，在研钵中研磨30分钟，使浆料均匀无大颗粒粉体存在； b将清洗干净的导电玻璃用胶带固定在平整工作台上，取一小勺步骤a中制备好的浆料轻轻涂抹在导电玻璃表面，用洁净平直的刀片反复刮涂浆料，直至导电玻璃表面形成平整均匀的涂膜层厚膜。D.干燥及退火处理:将上述涂膜层厚膜置放于烤胶台上进行干燥，依次经过90°C干燥30min、120°C干燥2.5h 3h、160°C干燥2h，最后将厚膜置放于450 1:的马弗炉中退火4h，自然冷却至室温，最终得到ZnO溶胶复合Sn掺杂ZnO厚膜。有关的检测和测试 对实施例制备的Sn掺杂ZnO粉体进行N2吸附脱附表征，由附图1知，在吸附曲线与脱附曲线之间存在滞后环，这证明材料为介孔结构。由附图2知，该方法制备的ZnO粉体孔径分布较宽，f IOOnm间的介孔占所有孔径的比例很大，且经计算得到，Sn掺杂ZnO粉体的BET比表面积为52.05 m2/g，相对于纯ZnO粉体的29.32 m2/g，增加了 77.5%。将实施例制备的ZnO溶胶复合Sn掺杂ZnO厚膜作为电极用于染料敏化太阳能电池，并测试其J-V特性。附图3对比了其性能与纯ZnO厚膜、未经溶胶复合的Sn掺杂ZnO厚膜分别作为电极组装的染料敏化太阳能电池的性能。Sn掺杂ZnO厚膜电极组装的染料敏化太阳能电池效率为3.463%，较纯Z本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ZnO溶胶复合Sn掺杂ZnO厚膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：?A．水热法制备Sn掺杂ZnO粉体：以三嵌段共聚物P123为模板剂、二水乙酸锌为前驱体、五水四氯化锡为掺杂剂、尿素为缓冲剂、水为溶剂，配制成0.05mol/L?的Zn前驱溶液，Zn与Sn的摩尔比为9:1，然后放入高压釜中，90℃保温24h，得到的沉淀烘干后经450℃退火4h，最终成为Sn掺杂ZnO粉体；B．?Sol?gel法制备ZnO溶胶：以三嵌段共聚物P123为模板剂、二水乙酸锌为前驱体、无水乙醇为溶剂、二乙醇胺为稳定剂、乙酰丙酮为螯合剂，预先合成1mol/L的Zn的前驱溶液，其中无水乙醇∶二乙醇胺∶乙酰丙酮的体积比为13:1:2，之后再加入10wt%乙基纤维素作为成膜剂；在70℃下油浴3h，即得到ZnO溶胶；C．?手术刀法制备ZnO溶胶复合Sn掺杂ZnO厚膜：a.????????????????按照1：10的质量比称取步骤A中的粉体及步骤B中的溶胶，再加入0.05mL曲拉通，在研钵中研磨30分钟，使浆料均匀无大颗粒粉体存在；b.????????????????将清洗干净的导电玻璃用胶带固定在平整工作台上，取一小勺步骤a中制备好的浆料轻轻涂抹在导电玻璃表面，用洁净平直的刀片反复刮涂浆料，直至导电玻璃表面形成平整均匀的涂膜层厚膜。D.?干燥及退火处理：将上述涂膜层厚膜置放于烤胶台上进行干燥，依次经过90℃干燥30min、120℃干燥2.5h~3h、160℃干燥2h，最后将厚膜置放于450?℃的马弗炉中退火4h，自然冷却至室温，最终得到ZnO溶胶复合Sn掺杂ZnO厚膜。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈悦，吴启霜，王倩娣，曹萌，顾峰，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：