[發(fā)明專利]染料敏化多層二氧化鈦納米管太陽(yáng)能電池陽(yáng)極及其制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410837663.9
• 申請(qǐng)日: 2014-12-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104465115A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李華;王宜平;李明昊;周玲燁;康紅梅;劉河洲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G9/20
• 分類號(hào): H01G9/20;H01G9/042;C25D11/26
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于染料敏化太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種染料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極及其制造方法。

背景技術(shù)

太陽(yáng)能具有儲(chǔ)量豐富、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)成為新能源的研究熱點(diǎn)。目前主要的光伏電池是硅光電池，但是純硅生產(chǎn)成本高，加工難度大。染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)具有成本低，制備工藝簡(jiǎn)單，理論轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的發(fā)展空間。

但目前染料敏化太陽(yáng)能電池受到Pt對(duì)電極電解質(zhì)種類、染料及二氧化鈦電極的結(jié)構(gòu)等多種因素的影響，實(shí)際光電轉(zhuǎn)換效率不高。改善電池的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)是提高染料敏化太陽(yáng)能電池的重要途徑。美國(guó)專利[Zhiqun?Lin,Jun?Wang,Method?of?improving?power?conversion?efficiencies?in?dye-sensitized?solar?cells?by?facile?surface?treatment,US?13/218,624]提出了將單層二氧化鈦納米管作為染料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極，并在一定程度上提高了光電轉(zhuǎn)化的效率二氧化鈦納米管列陣排列有序，增加了染料的加載，提高了染料和電子間的相互作用，但是單層納米管吸附染料數(shù)量有限。趙紫辰[趙紫辰，一種敏化染料太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，中國(guó)專利，201020156486.5]公開(kāi)了一種納米晶薄膜的孔隙結(jié)構(gòu)呈分岔形的光陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)改善了納米顆粒之間的連接程度，但是光在薄膜中的散射和吸收難以控制，并且薄膜比表面積較低，吸附染料的能力有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種增大了陽(yáng)極的比表面積，提高了電池陽(yáng)極材料吸附染料的能力，理論上提高了光電轉(zhuǎn)換效率的染料敏化多層二氧化鈦納米管太陽(yáng)能電池陽(yáng)極及其制造方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種染料敏化多層二氧化鈦納米管太陽(yáng)能電池陽(yáng)極，其特征在于，該陽(yáng)極為負(fù)載染料的2-6層二氧化鈦納米管，其比表面積為1833～4117cm²/g,多層二氧化鈦納米管結(jié)構(gòu)增大了陽(yáng)極的比表面積，提高了電池陽(yáng)極材料吸附染料的能力，有利于提高光電轉(zhuǎn)換效率。

一種染料敏化多層二氧化鈦納米管太陽(yáng)能電池陽(yáng)極的制備方法，其特征在于，該方法是利用多次陽(yáng)極氧化制備，具體包括以下步驟：

(1)預(yù)處理：先對(duì)鈦(Ti)片進(jìn)行打磨，然后在丙酮或乙醇中進(jìn)行超聲清洗；

(2)初次陽(yáng)極氧化：將預(yù)處理過(guò)的Ti片作為陽(yáng)極，Pt片作為陰極，在電解液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化，氧化電壓為20-60V，氧化時(shí)間為0.5-2h；

(3)初次陽(yáng)極氧化反應(yīng)結(jié)束后，將氧化后的Ti片取出，在稀鹽酸中超聲清洗，洗去Ti片表層納米管，作為下層納米管生長(zhǎng)的基底；

(4)第二次陽(yáng)極氧化：重復(fù)步驟2，氧化時(shí)間為0.5-2h，制得第一層納米管；

(5)第二次陽(yáng)極氧化反應(yīng)結(jié)束后，將氧化后的Ti片取出以停止納米管生長(zhǎng)，然后置于去離子水中靜置15～45min；

(6)重復(fù)步驟4和5的過(guò)程1～5次，即可分別獲得2～6層二氧化鈦納米管；

(7)四氯化鈦溶液(TiCl4)浸泡：將步驟(6)制得的表面有納米管的鈦片放在0.5～1mol/L的TiCl4溶液中浸泡45min～90min，之后用去離子水或乙醇潤(rùn)洗干凈；

(8)熱處理：將步驟(7)浸泡后的表面有納米管的鈦片在馬弗爐中高溫處理；

(9)染色：將步驟(8)燒結(jié)后的鈦片在染料中避光浸泡20～30h，取出后避光保存待用。

所述的電解液為乙二醇、去離子水、氟化銨的混合液，其中乙二醇的含量為50vol％～90vol％，氟化銨的含量為0.02～0.15mol/L。

步驟(8)所述的高溫處理為在340℃～360℃焙燒30～60min。

步驟(9)所述的染料為N719、N3、黑染料中的一種。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將經(jīng)過(guò)燒結(jié)染色處理后的多層二氧化鈦納米管作為染料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極材料，進(jìn)一步增大了陽(yáng)極材料的比表面積，提高了電池陽(yáng)極吸附染料的能力，使得有更多的光子參與反應(yīng)，同時(shí)緩解了染料堆積過(guò)厚，影響電子流動(dòng)的問(wèn)題，減少了電子復(fù)合反應(yīng)(D⁺+e→D)的發(fā)生。并且層與層之間的界面增強(qiáng)了光子的散射，有序的二氧化鈦納米管使光生電子在傳輸時(shí)有固定通道，減少無(wú)序碰撞及阻力，可提高光電轉(zhuǎn)換效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一中雙層二氧化鈦納米管的掃描電子顯微鏡(SEM)正面圖，一層管長(zhǎng)1μm，直徑100nm；