[發明專利]二氧化鈦納米管薄膜的剝離方法及染料敏化太陽能電池的制備方法

有效

• 申請號: 201010233899.3
• 申請日: 2010-07-22
• 公開（公告）號: CN102280258A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 汪遠昊;楊洪興;呂琳
• 申請（專利權）人: 香港理工大學
• 主分類號: H01G9/04
• 分類號: H01G9/04;H01G9/20;H01M14/00;H01L51/48
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司 44217
• 代理人: 郭偉剛

技術領域

本發明涉及化學材料的分離及制備方法，尤其涉及一種二氧化鈉納米管薄膜的剝離方法，以及利用該剝離方法的染料敏化太陽能電池的制備方法。?

背景技術

染料敏化太陽能電池作為第三代太陽能電池，由于具有廉價的生產成本和較高的光電轉換效率，一直備受世界各國研究人員的關注。傳統的染料敏化太陽能電池采用二氧化鈦納米顆粒作為陽極材料，負載在透明的導電玻璃之上，通過吸附染料，實現大量吸收陽光的作用；染料吸收陽光后產生大量的光生電子，通過二氧化鈦納米顆粒的導帶，傳輸到導電玻璃基板及至外部電路。然而，隨著近幾年國內外物質材料科研工作者的進一步探索，人們發現由于二氧化鈦納米顆粒之間存在大量的邊界，其上有較多的電子陷阱，電子在這些陷阱之中被電解液復合的效應大大增加，這會大大減緩電子的最大傳輸距離，并縮短電子的壽命，從而導致電子收集效率的下降。?

另外，人們同時發現，諸如二氧化鈦納米管(nanotube)、納米線(nanowire)、納米棒(nanorod)等一維縱向生長的二氧化鈦納米結構，由于其縱向連貫生長從而邊界較少的特點，電子傳導速度以及最大傳輸距離較二氧化鈦納米顆粒均有大幅提高。因此，以這類一維縱向生長的二氧化鈦納米材料作為染料敏化太陽能電池的光陽極活性物質，將會對光電轉換效率產生積極的影響。?

在各種一維縱向生長的二氧化鈦納米材料當中，二氧化鈦納米管由于其較高的比表面積，被認為是最有效的替代材料。然而，縱向生長的二氧化鈦納米管均是通過陽極氧化金屬鈦片的方法生成。因此，若采用縱向生長的二氧化鈦?納米管作為光陽極材料，則必須以金屬鈦片作為陽極基板。由于金屬鈦片不透光，故該染料敏化太陽能電池必須采用背輻射結構，即陽光從對電極部分輻射進電池內部。然而，由于對電極所負載的金屬鉑對部分太陽光的反射和電池內部的電解液對部分太陽光的吸收，到達染料敏化太陽能電池的陽極部分的太陽光會有一定程度的損失，造成電池效率的下降。因此，如何將陽極氧化方法在鈦片上縱向生長的二氧化鈦納米管薄膜剝離下來，并轉移至透明導電玻璃之上，從而實現正輻射電池結構成為一個關鍵。?

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術中陽極氧化方法生長的二氧化鈦納米管薄膜無法從鈦片上分離，從而使以二氧化鈦納米管薄膜為光陽極材料的染料敏化太陽能電池無法實現正輻射結構的缺陷，提供一種二氧化鈦納米管薄膜的剝離方法，該方法可以將通過陽極氧化法在鈦片表面生長的二氧化鈦納米管薄膜從鈦片上剝離，使以二氧化鈦納米管薄膜為光陽極材料的染料敏化太陽能電池采用正輻射結構成為可能。?

本發明進一步要解決的技術問題在于，還提供一種染料敏化太陽能電池的制備方法，該方法利用上述的二氧化鈦納米管薄膜的剝離方法得到分離的二氧化鈦納米管薄膜，并將其作為光陽極以制備染料敏化太陽能電池，實現了以二氧化鈦納米管薄膜為光陽極的染料敏化太陽能電池的正輻射結構。?

為了達成上述目的，依據本發明，提供一種二氧化鈦納米管薄膜的剝離方法，用于將通過陽極氧化法在鈦片上生長的二氧化鈦納米管薄膜從所述鈦片上剝離，其特征在于，包括以下步驟：?

(1)將利用陽極氧化法生長有二氧化鈦納米管薄膜的鈦片置于馬弗爐中煅燒，冷卻；?

(2)將所述鈦片與潔凈的鉑片置于含氟電解液中，所述鈦片與恒壓電源的陽極相連，所述鉑片與恒壓電源的陰極相連，對所述鈦片進行二次陽極氧化使所述二氧化鈦納米管薄膜從所述鈦片上脫落，取出、晾干，得到分離的二氧化鈦納米管薄膜。?

本發明所述的二氧化鈦納米管薄膜的剝離方法，優選地，在所述鈦片上生長二氧化鈦納米管薄膜的所述陽極氧化法包括以下步驟：?

①將潔凈的鈦片和鉑片放入含氟電解液中，且所述鈦片與恒壓電源的的陽極連接，所述鉑片與陰極連接；?

②對所述鈦片進行陽極氧化；?

③將陽極氧化后的所述鈦片浸入清洗液中清洗，晾干。?

其中，所述陽極氧化的電壓為5～160V，所述陽極氧化的時間為2～96h，所述清洗液為乙醇與水按照1∶1～2的體積比配置的溶液。?

本發明所述的二氧化鈦納米管薄膜的剝離方法，其中，所述含氟電解液為含有氟離子的有機電解液。例如，所述含氟電解液可以是以氟化銨、氟化鈉、氟化鋰中的至少一種為溶質，以乙二醇、聚乙二醇、甲酰胺中的至少一種為溶劑配置而成的含有氟離子的有機電解液。?

本發明所述的二氧化鈦納米管薄膜的剝離方法，優選地，所述煅燒的溫度為450～600℃，升溫速度為5～10℃/min，所述煅燒的時間為0.5～2h。?