[發明專利]納米晶Fe摻雜介孔TiO2厚膜電極的制備方法

無效

• 申請號: 200910050886.X
• 申請日: 2009-05-08
• 公開（公告）號: CN101567271A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發明（設計）人: 沈悅;張贇;顧峰;吳明明;謝宜桉;張建成
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/20;H01M14/00;H01L51/48
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種介孔半導體厚膜電極的制備方法，特別是涉及一種利用摻雜過渡金屬元素Fe的介孔二氧化鈦厚膜電極的制備方法。屬于介孔半導體厚膜電極制備工藝技術領域。

背景技術：

TiO₂材料以其無毒、催化活性高、穩定性好以及抗氧化能力強等優點備受青睞，并期望其在環境污染治理、生物醫藥、太陽能利用等領域得到廣泛應用。近年來，對TiO₂材料，尤其是介孔TiO₂膜材料的研究備受關注。吸附在納米晶TiO₂電極上的染料吸收可見光后，電子從激發態的染料分子注入TiO₂的導帶，電子在氧化銦錫導電玻璃的基底電極上被收集，被氧化的染料被電解液中的氧化還原對還原再生?；谶@個原理可制得染料敏化太陽能電池(DSSC)，其轉化效率可高達10％。

為了提高染料敏化太陽能電池(DSSC)的效率，需要注意納米晶TiO₂電極在三個方面的性能改善：(1)具有大比表面積的多孔表面；(2)較寬的光譜吸收帶；(3)良好的電子傳輸能力。介孔材料有較大的比表面積，因此能吸咐更多的染料，有助提高電池轉換效率，是理想DSSC陽材料。而在TiO₂材料中摻入鐵離子，一方面氧化鐵相對二氧化鈦禁帶寬度較小，可吸收波長較長的光，擴大了材料的光吸收范圍；一方面鐵摻雜可在低溫情況下提高材料結晶性能，改善膜的電子傳輸能力。這些結構和性能上改善將使TiO₂材料有更好應用前景。

發明內容

本發明的目的在于通過Fe離子的摻入來提供一種光吸收范圍大，電子傳輸性能更好的納米晶介孔TiO₂厚膜電極的制備方法。

本發明一種納米晶Fe摻雜介孔TiO₂厚膜電極的制備方法，其特征在于具有以下的制備過程和步驟：

A、Fe摻雜介孔TiO₂溶膠的制備：以鈦酸正丁酯和氯化鐵作為鈦和鐵的前驅物為原料，鈦與鐵的摩爾質量比為1∶0.05-1∶0.10；以三嵌段共聚物P123為模板劑；首先將一定量的三嵌段共聚物P123溶于無水乙醇溶液中，在磁力攪拌下，將其完全溶解，接著在上述乙醇溶液中添加少量鹽酸和乙酷丙酮，以調節鈦前驅物的水解速率；然后再向無水乙醇中加入一定量的鈦酸四正丁酯和氯化鐵，進行磁力攪拌16小時，原料經共溶攪拌后得到介孔摻鐵TiO₂(Fe-TiO₂)溶膠，在室溫下靜置24小時后，待用；

B、襯底的準備：采用氧化銦錫導電玻璃為襯底材料，在一定大小的玻璃襯底材料的中間先腐蝕出一條溝道，以形成兩個共平面電極；然后用丙酮、無水乙醇、去離子水超聲清洗1-2次，然后烘干待用；

C、Fe摻雜介孔TiO₂厚膜的制備：采用絲網印刷法；先在上述制備的Fe-TiO₂溶膠中加入5～8％(wt)乙基纖維素，以增加Fe-TiO₂膠體的黏度，然后加入表面活性劑松油醇，來增加厚膜的表面吸附性，松油醇的加入量為溶膠質量的5-10％；然后磁力攪拌18～24h，以制得絲網印刷所需的漿料，把制得的所述Fe-TiO₂漿料通過200目的尼龍絲網在ITO玻璃上印刷一層介孔Fe-TiO₂厚膜。然后將厚膜置放于溫度為35～45℃的烘箱中，陳化45～48h，再以1℃/min的升溫速率升溫至晶化溫度340～350℃，保溫3.5～6h，即得到納米晶介孔Fe-TiO₂厚膜電極.

上述的三嵌段共聚物P123即為環氧丙烷環氧乙烷共聚物(PEO₂₀PPO₇₀PEO₂₀，商品名P123)。

本發明方法的特點是：利用摻雜過渡金屬元素Fe，使能在低溫情況下提高TiO₂的結晶性能并保護介孔結構；本發明方法結合了溶膠凝膠法和絲網印刷技術制備具有大比表面積，光吸收范圍大，電子傳輸性能良好的納米晶介孔TiO₂厚膜電極。本發明方法制得的介孔TiO₂厚膜電極能提高染料敏化太陽能電池的轉化效率。

同現有的技術相比，本發明具有如下優點：

1、本發明中摻雜Fe的介孔TiO₂厚膜可擴大厚膜的光吸收范圍；

2、本發明中摻雜Fe的介孔TiO₂厚膜在345℃燒結后具有高度有序的介孔結構；