[發明專利]一種染料敏化太陽能電池用氧化釔包裹二氧化鈦納米粉體的制備方法

有效

• 申請號: 201410505322.1
• 申請日: 2014-09-26
• 公開（公告）號: CN104319106B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 王金淑;趙冰心;李洪義;蘇鵬磊;賈新建
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042;B82Y40/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 張慧

技術領域

一種染料敏化太陽能電池用氧化釔包裹二氧化鈦納米粉體的制備方法，屬于納米材料的制備與染料敏化太陽能電池(DSSC)領域。

背景技術：

染料敏化太陽能電池(DSSC)由于其生產成本低、制備工藝簡單和理論光電轉換效率前景等諸多優點，被視為解決能源與環境問題的有效途徑。作為染料敏化太陽能電池的核心部件，光陽極傳輸光生電子的能力將極大影響其光電轉化效率。

納米二氧化鈦薄膜是組裝染料敏化太陽能電池的最重要的光陽極之一，低的傳輸電阻和小的暗電流，成為高光電轉換效率的決定因素。氧化釔作為發光材料的基體材料被廣泛研究，但其應用于染料敏化太陽能電池鮮見報道，而包裹氧化鈦應用于染料敏化太陽能電池中更是首次。氧化釔是一個寬禁帶絕緣體(禁帶寬度5.8eV)，而同時其電子遷移率遠遠高于氧化鈦。基于此，氧化釔具備為氧化鈦同時提供電子傳輸通道和阻擋層的作用。發明人前期采用離子摻雜與溶劑熱相結合的方法制備了釔離子摻雜TiO₂納米顆粒(專利申請號：201410143834.8)，將染料敏化太陽電池的光電轉化效率提升了20％。

發明內容

本發明的目的是進一步提高TiO₂納米顆粒的光電性能，而提供的一種氧化釔包覆TiO₂納米顆粒所形成的“殼核”納米結構，本發明方法避免了常規“殼核結構”納米粉體常見高溫燒結環節，將染料敏化太陽電池的光電轉化效率提升了49％，并大幅度減小染料敏化太陽能電池中光陽極與電解液中的傳輸電阻，并減小其暗電流。

氧化釔包裹二氧化鈦納米粉體。

本發明提供的氧化釔包裹二氧化鈦納米粉體的制備方法，其特征在于，包含以下步驟：以異丙醇鈦(TTIP)為鈦源制備二氧化鈦粉體；然后將硝酸釔(Y(NO₃)₃)作為釔源，三乙醇胺(TEOA)與去離子水的混合液為溶劑，與二氧化鈦粉體利用溶劑熱法經過兩步保溫處理，第一步在80-120℃保溫12-30h，第二步升溫至140-250℃保溫60-240h；優選上述第二步合成溫度為140-180℃，保溫時間為72-158h。以上兩個保溫步驟采用更長的時間對本發明沒有太大的影響。

本發明的制備方法進一步優選，以下步驟：20ml異丙醇鈦(TTIP)緩慢滴加到100ml去離子水中，并充分攪拌；所得沉淀去離子水清洗、抽濾，并在空氣中30-90℃烘干，馬弗爐400-500℃煅燒；得到二氧化鈦粉體。

二氧化鈦粉體加入三乙醇胺(TEOA)與去離子水體積比為(0.1-0.6):1的溶劑中，使得二氧化鈦的物質的量濃度為0.01M-5M、硝酸釔在溶劑中的物質的量濃度為0.1mM–0.5M；并使得硝酸釔與TiO₂的摩爾比為0.01-0.1。

取上述氧化釔包裹TiO₂納米粉制備光陽極，經過封裝處理制備出染料敏化太陽能電池。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

Y₂O₃具有高的導電性、好的熱穩定性、強的吸附能力和寬禁帶寬度等諸多優點，采用Y₂O₃包裹TiO₂，不僅能提高光陽極電子遷移率，并且由于Y₂O₃禁帶寬度為5.8eV，而TiO₂為3.2eV，將在TiO₂表面形成勢壘，減少暗電流，有利于提高DSSC電池光電轉換效率。本發明采用溶劑熱法制備的Y₂O₃包裹TiO₂納米顆粒，應用于DSSC實現了49％光電轉換效率提升，器件的光電轉化效率高達8.08％。

采用氧化釔包裹與溶劑熱處理相結合，制備出氧化釔包裹TiO₂納米粉，與常規的二氧化鈦納米顆粒相比，化學穩定性、熱穩定性和電子遷移率都得到了提升，應用于DSSC中，實現了其組裝DSSC光電轉換效率的提高。

附圖說明

圖1：氧化釔包裹二氧化鈦(實施例3)透射電鏡圖

圖2：純二氧化鈦與氧化釔包裹二氧化鈦作為光陽極制備的染料敏化電池的I-V曲線。

具體實施方式

下面通過實施例結合附圖進一步描述本發明，其目的在于更好地理解本發明的內容，而不是對本發明的限制。

實施例1：