[發明專利]一種染料敏化太陽能電池改性光陽極的制備方法

有效

• 申請號: 201410171138.8
• 申請日: 2014-04-25
• 公開（公告）號: CN103943365A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 李潔;陳啟元;胡海詩;李文章
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/20
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 魏娟

技術領域

本發明涉及一種染料敏化太陽能電池改性光陽極的制備方法，屬于染料敏化太陽能電池領域。

背景技術

在教授團隊成功制備效率達7.1％的染料敏化電池以來，染料敏化太陽能電池以其制備材料來源豐富、成本低廉、環境友好、制造工藝簡單、性能穩定等諸多優點，引起了人們的廣泛關注。其中擔任染料載體、電子受體和電子傳輸作用的半導體多孔膜是影響電池光電轉換效率的關鍵部件。在眾多制備光陽極的半導體材料中，關于TiO₂的研究最為廣泛。TiO₂光化學穩定性好，具有合適的禁帶寬度，對染料吸附性能良好，成本低廉，在染料敏化電池的應用中具有其他半導體無法比擬的優越性。然而TiO₂光陽極也存在缺陷，最顯著的就是電子傳輸效率低。

發明內容

針對現有技術中TiO₂光陽極存在光電轉換效率低的缺陷，本發明的目的是在于提供一種具有高光電轉換效率的染料敏化太陽能電池改性光陽極的制備方法。

本發明提供了一種染料敏化太陽能電池改性光陽極的制備方法，該制備方法是將P25型二氧化鈦、雜多酸改性二氧化鈦和金屬氧化物的粉體復配物，與包括水、分散劑、乳化劑和造孔劑在內的組分加入到球磨罐中混合后，球磨成漿料；所得漿料涂覆在導電玻璃上，置于爐中煅燒，即制得改性光陽極，其中，P25型二氧化鈦、雜多酸改性二氧化鈦和金屬氧化物的質量比為1:0.1～0.3:0.01～0.03。

本發明的染料敏化太陽能電池改性光陽極的制備方法還包括以下優選方案：

所述的雜多酸改性二氧化鈦是由有機鈦鹽和雜多酸通過水熱反應制得的雜多酸負載二氧化鈦晶體的復合物。

優選的雜多酸為12磷鎢酸、18磷鎢酸、12硅鎢酸中一種或幾種。

優選的雜多酸改性二氧化鈦為12磷鎢酸改性二氧化鈦、18磷鎢酸改性二氧化鈦或12硅鎢酸改性二氧化鈦中的一種或幾種。

優選的金屬氧化物為WO₃、Fe₂O₃、MnO₂、SnO₂、ZrO₂、CdO中的一種或幾種。

優選的制備方法中P25型二氧化鈦和雜多酸改性二氧化鈦總質量與水、分散劑、乳化劑和造孔劑的質量比為1:1～3:2～4:0.5～1:0.3～0.8；進一步優選為1:1～3:3:0.8:0.5。

優選的分散劑為乙酰丙酮、冰醋酸、乙醇中一種或幾種。

優選的乳化劑為曲拉通X-100或OP-10。

優選的造孔劑為聚乙二醇20000。

所述的煅燒是以1～3℃/min的升溫速率，從室溫升溫到400～500℃下煅燒0.5～1h。

所述的球磨是采用球磨機在1000～2000轉/分鐘的轉速下球磨4～12h。

所述的導電玻璃為摻氟的SnO₂玻璃(FTO)或摻銦的SnO₂玻璃(ITO)。

所述雜多酸改性二氧化鈦制備方法如下：將有機鈦溶于有機溶劑，緩慢滴加到雜多酸水溶液中，用酸調節pH到1～2，加熱50～70℃，不斷攪拌，直至形成水凝膠；將所得水凝膠轉入高壓釜，180～220℃下加熱1～3h，冷卻至室溫；洗滌、干燥，即得到雜多酸改性二氧化鈦顆粒。

本發明的染料敏化太陽能電池改性光陽極的制備方法包括以下具體步驟：

1、球磨：

將P25型二氧化鈦、雜多酸改性二氧化鈦和金屬氧化物的粉體復配物，與包括水、分散劑、乳化劑和造孔劑在內的組分加入到球磨罐中攪拌混合均勻后，在1000～2000轉/分鐘的速率下，球磨4～12h，制得分散穩定的漿料；其中，P25型二氧化鈦、雜多酸改性二氧化鈦和金屬氧化物的質量比為1:0.1～0.3:0.01～0.03；P25型二氧化鈦和雜多酸改性二氧化鈦與水、分散劑、乳化劑和造孔劑的質量比為1:1～3:2～4:0.5～1:0.3～0.8；

2、制備陽極：

將步驟1制得的漿料，采用刮涂法刮涂于導電玻璃上，放入馬弗爐；將馬弗爐從室溫以1～3℃/min的升溫速率升高到400～500℃，恒溫0.5～1h，自然降溫，即制得改性的光陽極。