[發明專利]Er3+和Yb3+共摻雜TiO2-xFx染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法

無效

• 申請號: 201310716865.3
• 申請日: 2013-12-23
• 公開（公告）號: CN103646786A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 楊玉林;俞佳;范瑞清;張會杰;李亮;魏立國;樊譯陽
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/20
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法。

背景技術

染料敏化太陽能電池制備成本低廉、制備工藝簡單，目前光電轉換效率已經超過12%，引起了國內外學者的廣泛關注。染料敏化太陽能電池的光陽極材料TiO₂是一種無毒、化學性質穩定的半導體材料，但是由于較寬的禁帶寬度，TiO₂只能吸收波長范圍被限制在小于387nm的紫外光區，使得用其制備出的太陽能電池光電轉換效率低。將光敏材料經化學鍵合或物理吸附在TiO₂薄膜上來敏化寬帶隙的TiO₂是目前有效增大TiO₂對全光譜范圍的響應的方法之一，N3和N719染料是被廣泛使用的敏化劑，它們對太陽光的吸收范圍主要在300-800nm之間，無法吸收利用占太陽光譜能量43%的紅外光，這一問題阻礙了染料敏化太陽能電池的光電轉換效率的進一步提高。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有染料敏化太陽能電池對太陽光的利用率低及電池的光電轉換效率低的問題，提供Er³⁺和Yb³⁺共摻雜TiO_2-xF_x染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法。

本發明Er³⁺和Yb³⁺共摻雜TiO_2-xF_x染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法，通過以下步驟實現的：

一、將質量百分含量為98%的異丙醇鈦按體積比1:1～3的比例加入無水乙醇中，得到溶液A，配制含有Er³⁺和Yb³⁺的水溶液B；

二、將步驟一得到的溶液A加入到溶液B中，得混合溶液，使混合溶液中Er³⁺與Ti的摩爾比為1:150～160，Yb³⁺與Ti的摩爾比為1:5～10，邊加入溶液A邊攪拌，然后調節混合溶液的pH值為4～7，于室溫下攪拌20～40min后，再向混合溶液中加入氟離子，使氟離子與Ti的摩爾比為0.01～0.1:1，得到初產物；

三、將步驟二中得到的初產物轉移到高壓釜中，于水熱溫度為100℃～300℃下反應12～72小時，得到產物；

四、將步驟三得到的產物冷卻至室溫，于8000～15000rpm離心1min～3min，得到沉淀物，然后用去離子水清洗沉淀1～4次，再用無水乙醇清洗沉淀1～2次，將洗滌后的沉淀物置于真空干燥箱中，于80℃～120℃下干燥1～3小時，再置于馬弗爐中，于400℃～700℃下煅燒0.5～4小時，冷卻至室溫，即得到Er³⁺和Yb³⁺共摻雜TiO_2-xF_x上轉換發光粉體；

五、將步驟四得到的Er³⁺和Yb³⁺共摻雜TiO_2-xF_x上轉換發光粉體、乙基纖維素、松油醇和無水乙醇按照質量比1:(0.1～0.3):(3～5):(2～4)的比例混合，攪拌均勻得到上轉換粉體漿料；

六、利用絲網進行印刷，先用P25漿料涂刷，得到3～5μm厚的P25漿料薄膜，再用步驟五得到的上轉換粉體漿料在P25漿料薄膜基礎上涂刷，得到6～10μm厚的薄膜，然后將得到的光陽極置于馬弗爐中，以0.5℃～3℃/min的升溫速度升溫到400℃～600℃，保溫10～30min，即得Er³⁺和Yb³⁺共摻雜TiO_2-xF_x染料敏化太陽能電池光陽極，其中步驟四至步驟六中所述的TiO_2-xF_x中的x均為0<x<2。

本發明中所使用的P25通過購買得到（P25的商品名為氣相法納米級二氧化鈦，批號為CAS?NO:13463-67-7）。

本發明中P25漿料的制備方法與上述步驟五中的上轉換粉體漿料的制備方法是一致的，只是將Er³⁺和Yb³⁺共摻雜TiO_2-xF_x上轉換發光粉體替換為P25。

本發明的有益效果：