[發明專利]基于二氧化鈦/氧化鎂核殼納米棒的光伏智能織物的制備方法

無效

• 申請號: 201310089184.9
• 申請日: 2013-03-19
• 公開（公告）號: CN103205887A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 熊杰;杜平凡;宋立新
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: D06M11/46
• 分類號: D06M11/46;D06M11/44;D06M15/55;D01F9/08;H01G9/20
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及光伏智能織物的制備方法，特別涉及一種基于二氧化鈦/氧化鎂核殼納米棒的光伏智能織物的制備方法。

背景技術

紡織是重要的傳統產業之一。新材料和新技術的廣泛應用為傳統的紡織產業注入了新鮮血液。從全球范圍來講，這一產業的趨勢是開發不同的紡織新產品及衍生產品來滿足現代生產方式與生活方式的多元化需求。高附加值的產業用紡織品在紡織品消費結構中的比例將進一步增加。新能源利用是關系到人類可持續發展的重要課題，也是科學界和產業界長期關注的焦點問題之一。將一些先進的新能源技術與傳統的紡織工程相結合能為常規的織物創造出許多新功能。

光伏織物可被定義為是將光伏電池（即太陽電池）結合在織物及相關產品（如服裝、帳篷、遮陽傘等）上形成的一類智能織物。隨著全球能源需求的逐年增加，地球上有限的化石能源將在不遠的將來消耗殆盡。因此，開發可再生能源的意義重大而深遠。在不同的新能源技術中，對環境友好的光伏技術將被優先考慮。借助于太陽電池，光能被直接轉化成可利用的電能?，F代生活中充滿著各種各樣的電子產品如數碼相機、移動電話、音樂播放器、筆記本電腦等。一個普遍的問題是這些電子產品在戶外使用時，經常會因電池的電量耗盡而暫時無法使用。未來，光伏智能織物被期望為這些便攜式的電子產品在白天和戶外使用時提供可持續的電源供應。

制備光伏織物最基本的一種方法是，將太陽電池作為一個獨立的結構單元來制備，然后再將它們結合在目標紡織產品上形成光伏織物。從實用角度考慮，固定在光伏織物上的太陽電池必須是輕質和柔性的。在各種柔性太陽電池中，成本相對較低的柔性染料敏化太陽電池吸引了廣泛關注。在染料敏化太陽電池中，光陽極膜是核心部件，通常是由納米結構的TiO₂構成的。為了優化染料敏化太陽電池，對TiO₂光陽極膜進行表面包覆形成核殼結構的方法被深入調查。MgO是具有寬帶隙的絕緣氧化物。研究表明，當MgO作為TiO₂的包覆材料時，相應的染料敏化太陽電池的轉換效率得到明顯提高。效率提高被歸結為兩個主要因素，一是包覆層降低了電荷復合，二是包覆層增加了染料吸附。

靜電紡絲是公認的用于制備超細纖維的簡便方法，且已初步實現產業化。通過同軸靜電紡絲工藝還能制備出獨特的核殼結構納米纖維。近年來，一些電紡的無機納米纖維也被用于染料敏化太陽電池的光陽極膜材料。不過，大部分是單紡的單組分纖維，小部分是同軸紡的雙組分纖維。需要指出的是，脆性的納米纖維無法直接結合在柔性的導電基底上形成光陽極，必須通過一定的后處理先將長的納米纖維轉變成短的納米棒（或納米線）才能用于光陽極膜的制備。雖然已有TiO₂/MgO納米晶光陽極材料的研究，但基于TiO₂/MgO核殼結構納米纖維、納米棒光陽極膜的染料敏化太陽電池及其光伏智能織物目前尚沒有相關的報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于二氧化鈦/氧化鎂核殼納米棒的光伏智能織物的制備方法。用MgO作為TiO₂的包覆材料時，相應的染料敏化太陽電池的轉換效率得到明顯提高。

本發明采用的技術方案的步驟如下：

1）配制PVP（聚乙烯吡咯烷酮）與DMF（N,N–二甲基甲酰胺）質量體積比（g/ml）為13:100的溶液，將體積為DMF溶劑12%的表面活性劑Triton?X-100（曲拉通），以及和PVP質量相同的Mg(NO₃)₂·6H₂O加入到該溶液中，經磁力攪拌8h獲得MgO前驅體紡絲液；配制PVAc（聚乙酸乙烯酯）與DMF質量體積比（g/ml）為13:100的溶液，將體積為DMF溶劑15%的表面活性劑Triton?X-100，體積為DMF溶劑10%的HAc（冰醋酸），以及質量2倍于PVAc的TTIP（鈦酸異丙酯）加入到該溶液中，經磁力攪拌8h獲得TiO₂前驅體紡絲液；將MgO前驅體紡絲液和TiO₂前驅體紡絲液分別裝入到各自注射器中，在同軸噴絲頭和接收極板間加18KV電壓，帶電液滴在電場的作用下克服自身的表面張力形成噴射細流；由兩臺微量注射泵分別控制各自注射器的擠出速率；隨著溶劑揮發，噴射細流固化形成復合纖維，以無序狀態收集在接收極板表面的鋁膜上形成復合纖維膜；