[發明專利]太陽能電池光陽極用二氧化鈦基納米晶的低溫合成方法

無效

• 申請號: 201110178007.9
• 申請日: 2011-06-29
• 公開（公告）號: CN102275985A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 許程;強穎懷;劉炯天
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;H01G9/042;H01G9/20
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐惠芬

技術領域

本發明涉及一種太陽能電池用納米晶的低溫合成方法，特別是一種太陽能電池光陽極用二氧化鈦基納米晶的低溫合成方法。

背景技術

二氧化鈦基納米晶是太陽能電池光陽極的主要材料，制備方法可分為物理沉積法和化學制備法。物理沉積法通常沉積溫度較高，并且沉積設備復雜昂貴。化學法制備主要有液相沉淀法、溶膠凝膠法和水熱法。液相沉淀法和溶膠凝膠法制備出的是無定形的二氧化鈦，如需轉變成納米晶，還要進行后續高溫處理；水熱法盡管可以制備出二氧化鈦基納米晶，但是反應溫度通常在150℃以上。如果能夠在不超過100℃的低溫條件下制備出二氧化鈦基納米晶，一方面有利于降低能耗，另一方面可以拓展其應用范圍，如可以在一些不耐高溫的塑料基底上直接制備出納米晶光陽極。

當前對于二氧化鈦基納米晶低溫制備的技術有一些報導，高巖等人嘗試了低溫制備二氧化鈦電極（電子元件與材料，2007，26，4～6），該方法實際上采用了一種已經商業化的P25納米晶粉體。林紅等人通過表面改性的方法，在較低的溫度下制備了納米薄膜，然而該方法仍然需要150℃以上的后處理溫度（CN101143357A）。水淼等人制備了摻鐵的二氧化鈦基凝膠，并采用后處理的方法得到了二氧化鈦基納米晶，后處理溫度最低需要110℃（物理化學學報，2001，17，282～285）。張延榮等人采用電泳方法在冰水浴中制備了銳鈦礦型二氧化鈦薄膜，但是薄膜結晶度有待提高（CN101608330A）。此外，Lu等人通過氣體增壓的方式降低了五氧化二鉭薄膜的晶化溫度（Journal?of?the?European?Ceramic?Society,?2006,?26，2753～2759），目前尚未有將增壓方法應用于制備其他氧化物納米晶的報導，特別是采用反應增壓法低溫制備納米晶的方法國內外均未有報導。

發明內容

本發明的目的是要提供一種：能夠在低溫下實現太陽能電池光陽極的二氧化鈦基納米晶的合成方法。

本發明的目的是這樣實現的：將二氧化鈦前驅體與摻雜物混合于醇中，并加入水解抑制劑，控制二氧化鈦前驅體水解的速度，形成含有二氧化鈦基納米顆粒的溶液；將二氧化鈦基納米顆粒轉化成納米晶，首先添加分解劑，采用反應增壓誘導結晶的方法，制備了具有高光電轉化效率的二氧化鈦基納米晶。

所述的二氧化鈦基納米晶包括：純二氧化鈦納米晶，摻有Zn、Cu、Fe、Al、B、Sn、Si、Ta、Nb、N、S、F或Cl元素中任一種；或任兩種組合；或任三種組合的二氧化鈦納米晶。

本發明的二氧化鈦基納米晶的具體制備方法為：?

第一、將二氧化鈦前驅體和摻雜物加入到耐高壓容器中，并加入醇充分攪拌配制成醇溶液，其中二氧化鈦前驅體、摻雜物和醇的摩爾比為1:?0.05～5：5～100，所述的醇是乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、乙二醇或丙二醇中的任一種。

第二、在上述醇溶液中加入水解抑制劑，充分混合均勻后，緩慢滴加去離子水，并在滴加過程中保持劇烈攪拌，其中二氧化鈦前驅體、水解抑制劑和去離子水的摩爾比為1:?0.01~50:0.5~50，滴加完成后繼續攪拌0.5～1小時，然后加入分解劑，并靜置10～30秒，其中二氧化鈦前驅體與分解劑的摩爾比為1:?0.1～100。

第三、將上述耐高壓容器密閉，在60～100℃條件下保溫并不間斷攪拌，反應時間約為10～30小時，制得二氧化鈦基納米晶。

所述的二氧化鈦前驅體為鈦酸四丁酯、四氯化鈦或鈦酸異丙酯中的任一種。

所述的摻雜物為醋酸鋅、硝酸銅、硝酸鐵、硝酸鋁、硼酸鈉、四氯化錫、氧氯化鋯、正硅酸乙酯、乙醇鉭、乙醇鈮、尿素、硫脲、氟化銨或氯化銨中的任一種，或以任意摩爾比混合的兩種，或以任意摩爾比混合的三種。

所述的水解抑制劑分為酸性、堿性和中性三種，其中酸性抑制劑為硝酸、鹽酸、硫酸、乳酸或檸檬酸中的任一種，堿性抑制劑為單乙醇胺，二乙醇胺、三乙醇胺、氨水、氫氧化鈉或氫氧化鉀中的任一種，中性抑制劑為聚乙二醇或聚乙烯基吡咯烷酮中的任一種。

所述的分解劑為雙氧水、碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸氫鈉、磷酸銨、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、碳酸鋅、硝酸銨、亞硝酸銨或偶氮二異丁腈中的任一種。

有益效果，由于采用了上述方案，通過加入分解劑，以化學反應增壓的方式低溫合成出二氧化鈦基納米晶，解決了在60～100℃的低溫條件下難以合成二氧化鈦基納米晶的問題，而且添加的分解劑有利于最終產物的均勻分散。