[發明專利]一種染料敏化太陽能電池用氧化錫薄膜電極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310432532.8
• 申請日: 2013-09-22
• 公開（公告）號: CN103474245A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 王丹;董正洪;楊梅;毛丹
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于功能材料技術領域，具體地說是涉及一種應用于染料敏化太陽能電池（DSSCs）中的氧化錫（SnO₂）多殼層空心球薄膜電極材料的制備方法。

背景技術

染料敏化太陽能電池（DSSCs）因為制作工藝簡單、成本低廉以及相對較高的轉換效率受到了人們廣泛的關注。在DSSCs各組成部分中，具有大比表面用于吸附染料的寬帶隙金屬氧化物半導體薄膜十分關鍵，通常使用TiO₂納米粒子作為光陽極薄膜材料。但是，與染料受激發后產生的電子快速注入TiO₂的速度相比，TiO₂其本身的電子遷移速率顯得較低，導致了復合的增加，從而降低電池效率。因此，人們嘗試其它金屬氧化物半導體來替代TiO₂。

SnO₂是DSSCs光陽極材料傳統材料TiO₂的潛在替代材料之一，因為其作為光陽極材料至少具有以下兩個優點：（1）SnO₂是寬禁帶半導體（3.8ev），在紫外光照下產生的空穴較少，電池具有長期的穩定性；（2）它的電子遷移速率要遠遠高于TiO₂，光生電子可以快速導出，降低復合。因此，基于SnO₂的光陽極材料近幾年受到了廣泛的關注，眾多研究成果也相繼被報道。而目前所制備的SnO₂光陽極材料，存在染料吸附量少和對太陽光的利用率不足的缺點，很大程度上限制了其光電轉換效率的提高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種應用于染料敏化太陽能電池的SnO₂薄膜電極材料及其制備方法。

本發明的目的是通過如下技術方案實現的：

（A）碳球模板的制備

將濃度為1.5M的蔗糖水溶液在200℃的高壓釜中水熱反應130～150min，自然冷卻后抽濾，并經過水和乙醇多次洗滌后，將產物放入80℃烘箱中干燥12～24h，所得碳球模板的粒徑為3～4μm；

（B）最外兩殼層相鄰的SnO₂多殼層空心球的制備

將碳球模板通過堿溶液處理0.5～4h后均勻分散于錫鹽溶液中，攪拌4～8h后抽濾，用去離子水洗滌3～5遍，放入80℃烘箱中干燥12～24h,將所得固體粉末置于馬弗爐中，以0.5～2℃/min的升溫速率升至500℃，恒溫煅燒1～3h，自然冷卻后得到最外兩殼層相鄰的SnO₂多殼層空心球；

（C）SnO₂多殼層空心球薄膜電極材料的制備

將SnO₂多殼層空心球、松油醇、乙基纖維素、乙酸、無水乙醇按一定比例混合后在研缽中研磨成粘稠的白色漿料，通過絲網印刷法將白色漿料刮涂在具有TiO₂納米粒子致密層的摻氟氧化錫（FTO）導電玻璃上，煅燒除去有機物后用TiCl₄溶液浸泡，最后熱處理得到SnO₂多殼層空心球薄膜電極材料。

在本發明所述的SnO₂薄膜電極材料的制備方法中，碳球堿溶液處理方法為：將0.5～2g碳球分散在30mL濃度為0.01～0.1M的堿溶液中，攪拌0.5～3h，然后過濾、洗滌、干燥。其中,堿溶液為氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液或氨水溶液。

在本發明所述的SnO₂薄膜電極材料的制備方法中，碳球吸附的錫鹽選自SnCl₄·5H₂O，SnCl₂·2H₂O，SnSO₄，Sn(NO₃)₂或Sn(CH₃COO₂)₂。錫鹽溶液的濃度為0.1～3M。

在本發明所述的SnO₂薄膜電極材料的制備方法中，碳球吸附錫離子后在馬弗爐中的煅燒條件為:以0.5～2℃/min的升溫速率升至500℃，恒溫煅燒1～3h。所得SnO₂多殼層內部殼層的尺寸為0.1μm～1.95μm，其中最外兩殼層的尺寸比為1：（0.94～0.98）。