[發(fā)明專利]碘摻雜鈦基薄膜材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910093279.1
• 申請日: 2009-09-25
• 公開（公告）號: CN101656154A
• 公開（公告）日: 2010-02-24
• 發(fā)明（設計）人: 陶霞;侯茜;鄭言貞;許輝;陳建峰
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/20;H01M14/00;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權代理有限公司
• 代理人: 沈 波

技術領域

本發(fā)明屬于二氧化鈦薄膜材料制備技術領域，具體涉及用做染料敏化太陽能電池光陽極的碘摻雜的二氧化鈦薄膜及其制備方法。

背景技術

隨著人類對能源需求的飛速增長，能源危機和環(huán)境污染成為急待解決的嚴重問題。與其它能源相比，太陽能具有高效、環(huán)保、廉價和可再生的優(yōu)勢。太陽能電池作為一種開發(fā)利用太陽能的重要方式而備受人們關注。

近幾年來，染料敏化太陽能電池(DSSCs)的研究獲得了重大的進展，而如何提高染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率是目前研究的重點之一。染料敏化太陽能電池主要是由光誘導電荷分離來實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，因而開發(fā)同時具備高比表面積和高光電吸收效率的半導體氧化物薄膜電極材料是提高電池光電轉(zhuǎn)換效率的關鍵因素和發(fā)展趨勢。采用高比表面積的納米晶多孔二氧化鈦(TiO₂)薄膜作為光陽極，性能穩(wěn)定，制備工藝簡單，成本大大低于傳統(tǒng)硅電池，具有良好的發(fā)展前景。

但是，常用二氧化鈦材料的禁帶寬度為3.2eV，僅能吸收利用太陽光中波長小于380nm的紫外光，也就是只能利用到達地面的太陽光能的3～4％，因此激發(fā)波長的限制成為了嚴重制約應用效率的一個瓶頸，如何縮短二氧化鈦的禁帶寬度使其吸收光譜向可見光區(qū)擴展，充分利用太陽能成為解決問題的關鍵。近年來用非金屬改性二氧化鈦，在半導體禁帶內(nèi)嵌入和提供激發(fā)電子的能帶，使其吸光范圍向可見光波長范圍擴展是研究的熱點。早在1986年Sato等(Sato?S.，Chem.Phys.Lett.，1986，123，126)就發(fā)現(xiàn)N的引入，可使TiO₂具有可見光活性，但是一直沒有引起人們的重視，直到2001年Asahi等(Asahi?R.，Morikawa?T.，Ohwaki?T.et?al，Science，2001，293，269)在《科學》雜志上報道了N替代少量的晶格氧可以使TiO₂的帶隙變窄，在不降低紫外光下活性的同時，使TiO₂具有可見光活性。Yu等(Yu?J.C.，Yu?J.，Ho?W.，et?al，Chem.Mater.，2002，14，3808)采用四異丙氧基鈦在NH₄F水溶液中水解的方法制備了F摻雜TiO₂納米晶催化劑。Irie等(Irie?H.，Watanabe?Y.，Hashimoto?K.，Chem.Lett.，2003，32，772)通過加熱氧化TiC粉末的方法制備了C摻雜的銳鈦礦型TiO₂粉末。Umebayashi等(Umebayashi?T.，Yamaki?T.，Itoh?H.，et?al，Appl.Phys.Lett.，2002，81，454)采用了氧化加熱TiS₂的方法制備了S摻雜的TiO₂粉末。Luo等(Luo?H.，Takata?T.，Lee?Y.，et?al，Chem.Mater.，2004，16，846)采用水熱合成的方法，以TiCl₄作為鈦源，在氫溴酸和乙醇混合溶液中合成Br和Cl共摻雜的TiO₂。

碘作為一種新穎有效的非金屬摻雜元素也被嘗試著應用于半導體材料改性領域。如，Tanaka等(Tanaka?T.，Hayashida?K.，Nishio?M.，et?al，J.Appl.Phys.，2003，93，5302)研究發(fā)現(xiàn)，用I摻雜ZnTe材料后，其光化學性發(fā)生了顯著變化，這就意味著I能夠有效改善半導體材料的某些應用性能。Hong等(Hong?X.T.，Wang?Z.P.，Cai?W.M.et?al，Chem.Mater.，2005，17，1548)通過水解法制備了碘修飾的TiO₂催化劑，并且已證實摻雜后的TiO₂表現(xiàn)出了顯著的可見光響應。然而，目前對于非金屬元素摻雜TiO₂的研究大部分集中于光催化領域；同時，通過查閱國內(nèi)外相關期刊文獻以及專利資料發(fā)現(xiàn)當前應用非金屬元素摻雜的思路制備可見光響應型TiO₂薄膜，大都集中在N、C摻雜，I摻雜TiO₂材料雖然已被證實在紫外光和可見光下都表現(xiàn)出了優(yōu)越的光學性能，但卻始終沒有被合理有效地引入可見光響應型薄膜材料制備及應用領域，在太陽能電池的應用上更是形成了一個空缺。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供具有可見光活性的碘摻雜鈦基薄膜及其制備方法。