专利名称：一种染料敏化电池光阳极的制备方法
技术领域：
本发明属于染料敏化电池领域，特别涉及一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法。
背景技术：
染料敏化太阳能电池以其较低的制作成本和简单的生产工艺将成为新一代太阳能电池的代表。纳米二氧化钛多孔膜是染料敏化纳米太阳能电池中的一个非常关键的组成部分。高效率的染料敏化太阳能电池要求染料与多孔半导体层结合。为了能够使染料充分有效地敏化二氧化钛电极，将二氧化钛制备成多孔薄膜是十分必要的。GrStzel电池正是由于采用了多孔二氧化钛薄膜，大大增加了电极的比表面积和吸附染料的能力，经带有羧基的联吡啶钌类染料敏化后，单一波长最大吸光效率才能达到98%以上，染料敏化太阳能电池才从此受到大家的关注。钛酸纳米管作为一种新型的一维纳米材料，由于其具有纳米管状结构，较大的比表面积，人们对其合成、结构、性质和应用进行了大量研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种形成ρ型二氧化钛薄膜、并与η型二氧化钛薄膜形成ρ-η 结的染料敏化电池光阳极的制备方法。为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下一种染料敏化电池光阳极的制备方法，按照如下步骤进行1)将二氧化钛置于摩尔浓度为lOmol/L的氢氧化钠溶液中剧烈搅拌30h得到悬浊溶液；2)将悬浊溶液在油浴中70 200°C的温度下加热回流5 60小时；3)冷却沉淀后，清除上层清液，用蒸馏水洗涤至PH = 8. 0，过滤；然后滴加浓度为 0. lmol/L的盐酸溶液调整pH值到7. 0，过滤后在80°C下烘干12 M小时，过滤、洗涤、干燥，即得前躯体钛酸纳米管；4)将前躯体钛酸纳米管制备到导电基底上形成ρ型TW2薄膜；5)在ρ型TW2薄膜基础上再制备一层η型TW2薄膜，形成具有ρ_η结的染料敏化电池光阳极。进一步的，所述步骤4)按照以下步骤进行在每Icm2的导电基体上涂覆1. 5g的前躯体钛酸纳米管，放入管式炉中，自室温以20°C /min的升温速率升温至400°C -700°C，恒温保持0.釙_7浊，然后冷却至室温，从而在导电基底上形成ρ型TW2薄膜。进一步的，所述前躯体钛酸纳米管为一维钛酸纳米管材料，其化学分子式为 H2Ti5O11 · 3H20。进一步的，所述P型TiA薄膜的比表面积为50 70m2/g。进一步的，所述二氧化钛为P25型。进一步的，所述步骤1)中每IOOml浓度为lOmol/L的氢氧化钠溶液中加入3. 33g二氧化钛。采用本发明所述的方法制备的P型TW2薄膜具有较高的透明性、高的比表面积， 比表面积为50 70m2/g，所以P型TW2薄膜作为电子传导层不会阻挡太阳光照射到吸收层。同时，由于纳米材料具有较高的载流子迁移率，因此采用此材料构成的薄膜作为太阳能电池的电极进行电流传输，可以提高了载流子的传输速度，从而提高了太阳能电池光电转化效率。该二氧化钛晶型为锐钛矿结构，并且二氧化钛的晶格中含有大量稳定的晶格缺陷 束缚单电子氧空位(single-electron-trappedoxygen vacancy, SET0V)禾口 Ti3+，IE是由于含有稳定的SETOV和Ti3+晶格缺陷，本发明制备的ρ型TiO2薄膜显示出特殊的光电性质即具有可见光吸收和可见光荧光性质，在可见光照射下表现为P型半导体的光电化学响应。另外ρ型TiA薄膜与η型TiA薄膜形成ρ-η结的染料敏化电池光阳极，该结构的特点是当Ρ-η结的半导体受到光照时，电子和空穴的数目增多，在结的局部电场作用下，P 区空穴移到η区，η区的电子移到P区。电场的方向是N区指向P区的，阻碍多子(空穴) 的扩散，却有利于少子(电子)的运动。
图1是二氧化钛纳米管的X-射线粉末衍射图(XRD)。
具体实施例方式实施例1将3. 33g 二氧化钛(P25型)缓慢加入到IOOml浓度IOmol/L的NaOH溶液中，剧烈搅拌30h得到悬浊溶液，置于油浴中升温118°C，加热回流Mh，冷却沉降，清除上层清液， 用蒸馏水洗涤至PH = 8. 0，过滤，然后用0. lmol/L的盐酸至PH = 7. 0，过滤后在80°C下烘干12小时，过滤、洗涤、干燥即得前驱体钛酸纳米管。将1. 5g前驱体钛酸纳米管涂覆到Icm2导电基体上放在管式炉中，自室温以20°C / min的升温速率升温至600°C，恒温保持池，然后再自然冷却至室温，即制备出ρ型二氧化钛薄膜。在ρ型二氧化钛薄膜上制备一层ρ25 (η型)薄膜，形成具有ρ_η结的染料敏化电池光阳极。如图1所示，X射线衍射分析证实了本发明产品为锐钛矿结构。实施例2将3. 33g 二氧化钛(P25型)缓慢加入到IOOml浓度lOmol/L的NaOH溶液中，剧烈搅拌30h得到悬浊溶液，再置于油浴中升温70°C，加热回流60h，冷却沉降，清除上层清液， 用蒸馏水洗涤至PH = 8. 0，过滤，然后用0. lmol/L的盐酸至PH = 7. 0，过滤后在80°C下烘干24小时，过滤、洗涤、干燥即得前驱体钛酸纳米管。将1. 5g前驱体钛酸纳米管涂覆到Icm2导电基体上放在管式炉中，自室温以20°C / min的升温速率，程序升温至400°C，恒温保持72h，然后再自然冷却至室温，即制备出ρ型二
氧化钛薄膜。在ρ型二氧化钛薄膜上制备一层ρ25 (η型)薄膜，形成具有ρ_η结的染料敏化电池光阳极。
实施例3将3. 33g 二氧化钛(P25型)缓慢加入到IOOml浓度为10mol/L的NaOH溶液中，剧烈搅拌30h得到悬浊溶液，再将得到悬浊溶液置于油浴中升温200°C，加热回流证，冷却沉降，清除上层清液，用蒸馏水洗涤至PH = 8. 0，过滤，然后用0. lmol/L的盐酸至PH = 7. 0， 过滤后在80°C下烘干18小时，过滤、洗涤、干燥即得前驱体钛酸纳米管。将1. 5g前驱体钛酸纳米管涂覆到Icm2导电基体上放在管式炉中，自室温以20°C / min的升温速率，程序升温至700°C，恒温保持0.证，然后再自然冷却至室温，即制备出ρ型二氧化钛薄膜。在ρ型二氧化钛薄膜上制备一层ρ25 (η型)薄膜，形成具有ρ_η结的染料敏化电池光阳极。实施例4将3. 33g 二氧化钛(P25型)缓慢加入到IOOml浓度IOmol/L的NaOH溶液中，剧烈搅拌30h，置于油浴中升温118°C，加热回流Mh，冷却沉降，清除上层清液，用蒸馏水洗涤至PH = 8. 0，过滤，然后用0. lmol/L的盐酸至PH = 7. 0，过滤后在80°C下烘干18小时，过滤、洗涤、干燥即得前驱体钛酸纳米管。将1. 5g前驱体钛酸纳米管涂覆到Icm2导电基体上放在管式炉中，自室温以20°C / min的升温速率，升温至500°C，恒温保持20h，然后再自然冷却至室温，即制备出ρ型二氧化钛薄膜。在ρ型二氧化钛薄膜上制备一层ρ25 (η型)薄膜，形成具有ρ_η结的染料敏化电池光阳极。以上所述非本发明全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种染料敏化电池光阳极的制备方法，其特征在于所述的方法按照如下步骤进行1)将二氧化钛置于摩尔浓度为lOmol/L的氢氧化钠溶液中剧烈搅拌30h得到悬浊溶液；2)将悬浊溶液在油浴中70 200°C的温度下加热回流5 60小时；3)冷却沉淀后，清除上层清液，用蒸馏水洗涤至PH= 8. 0，过滤；然后滴加浓度为0. IM 的盐酸溶液调整PH值到7. 0，过滤后在80°C下烘干12 M小时，过滤、洗涤、干燥，即得前躯体钛酸纳米管；4)将前躯体钛酸纳米管制备到导电基底上形成ρ型二氧化钛薄膜；5)在ρ型二氧化钛薄膜基础上再制备一层η型二氧化钛薄膜，形成具有ρ-η结的染料敏化电池光阳极。
2.根据权利要求1所述的一种染料敏化电池光阳极的制备方法，其特征在于所述步骤4)按照以下步骤进行在每Icm2的导电基体上涂覆1. 5g的前躯体钛酸纳米管，放入管式炉中，自室温以20°C /min的升温速率升温至400°C _700°C，恒温保持0.釙-7浊，然后冷却至室温，从而在导电基底上形成P型二氧化钛薄膜。
3.根据权利要求1所述的一种染料敏化电池光阳极的制备方法，其特征在于所述前躯体钛酸纳米管为一维钛酸纳米管材料，其化学分子式SH2Ti5O11 · 3H20。
4.根据权利要求1所述的一种染料敏化电池光阳极的制备方法，其特征在于所述P 型二氧化钛薄膜的比表面积为50 70m2/g。
5.根据权利要求1所述的一种染料敏化电池光阳极及其制备方法，其特征在于所述步骤1)中的二氧化钛为P25型。
6.根据权利要求1所述的一种染料敏化电池光阳极及其制备方法，其特征在于所述步骤1)中每IOOml浓度为lOmol/L的氢氧化钠溶液中加入3. 33g 二氧化钛。
全文摘要
本发明提供一种染料敏化电池光阳极及其制备方法，按照如下步骤进行1)将二氧化钛置于摩尔浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液中剧烈搅拌30h得到悬浊溶液；2)将悬浊溶液在油浴中70～200℃的温度下加热回流5～60小时；3)冷却沉淀后，清除上层清液，用蒸馏水洗涤至pH＝8.0，过滤；然后滴加浓度为0.1mol/L的盐酸溶液调整pH值到7.0，过滤后在80℃下烘干12～24小时，过滤、洗涤、干燥，即得前躯体钛酸纳米管；4)将前躯体钛酸纳米管制备到导电基底上形成p型TiO2薄膜；5)在p型TiO2薄膜基础上再制备一层n型TiO2薄膜，形成具有p-n结的染料敏化电池光阳极。
文档编号H01G9/04GK102324315SQ20111020405
公开日2012年1月18日 申请日期2011年7月20日 优先权日2011年7月20日
发明者姜春华 申请人:彩虹集团公司