[發明專利]碘摻雜二氧化鈦微球電極及其制備方法

有效

• 申請號: 201611134082.4
• 申請日: 2016-12-10
• 公開（公告）號: CN106601484B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 向鵬;譚新玉;李輝;肖婷;姜禮華
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 蔣悅

本發明所提供的碘摻雜二氧化鈦微球及其制備方法。在室溫條件下，將無水乙醇，十二胺和鈦酸異丙酯混合攪拌作為前驅液；其次，用碘和去離子水作為反應溶液，將前驅液滴加到反應溶液中，快速攪拌，反應12個小時。最后，離心洗滌后取沉淀加入到無水乙醇和去離子水中攪拌均勻，取TiO₂反應膠體加入到反應釜內，密封、控制溫度160?250℃進行反應12h后冷至室溫，離心、洗滌、加入乙基纖維素可得TiO2漿料，通過絲網印刷法制備TiO2電極，500℃燒結0.5 h即可得碘摻雜TiO2微球電極。本發明所得電極具有大的比表面積、有效的電子傳輸路徑和高的電導率，其用于準固態染料敏化太陽能電池，電池光電轉化效率可達6.38%。

技術領域

本發明涉及二氧化鈦電極材料制備技術領域，具體涉及一種碘摻雜TiO₂微球電極及其制備方法。

背景技術

染料敏化太陽能電池（DSSC）由于其低制造成本和良好的能量轉換效率被認為有著很好的應用前景，到目前為止DSSC還沒有進入市場，主要是因為作為DSSC標志的液體電解質溶劑易滲漏和對電極的侵蝕作用，最好的解決辦法使用固態或者準固態電解質取代液體電解質，但是與液體電解質相比，固態或準固態納米晶DSSC仍然呈現較低的能量轉換效率。因此，如何提高固態或準固態電解質組成DSSC的性能仍然是一個大問題。電子在TiO₂電極中的輸運機制主要包括電子在TiO₂電極內的傳輸和TiO₂電極內的電子與染料及電解質的復合，要想提高DSSC的轉化效率，就要提高電子的傳輸效率，減少電子的復合。

TiO₂摻雜的研究有很多，但大部分都用于光催化，關于I摻雜TiO₂對DSSC性能影響的報道很少。I摻雜能夠有效地縮小二氧化鈦帶隙來提高太陽光譜的吸收范圍（BartRoose, , Chem. Soc. Rev., 2015, 44, 8326-8349）。DFT計算表明N型I、F摻雜優于N型p摻雜，I摻雜可以提高導電率和開路電壓，增強二氧化鈦可見光吸收，同時可以促進染料的電子注入到二氧化鈦電極（M. Niu, J. Phys. Chem. C, 2015, 119, 13425-13432）。侯等人報道I摻雜二氧化鈦不僅擴大可見光收獲，還可以降低復合阻力和延長電子壽命（Q.Hou,J. Mater. Chem., 2011, 21, 3877-3883）。同時，TiO₂微球由于可以增加染料分子的吸附量，提高電子在TiO₂電極傳輸效率，提供長波長區域光散射，增強TiO₂薄膜在FTO導電玻璃的結合效果。陳德紅等將TiO₂微球與P25顆粒比較得出TiO₂微球里面的顆粒連接更好和被緊密的包裹，可以獲得更長的電子擴散長度和更高的電子壽命。

I摻雜TiO₂微球至今沒有報道，本發明采用水熱法一步合成I摻雜TiO₂微球，并制備電極組裝電池，研究發現I摻雜明顯改善電池的性能參數，電池的轉化效率由未摻雜的4.93%提高到6.38%。

發明內容

本發明要解決的問題是提供一種準固態染料敏化太陽能電池光陽極改性的實驗方法。為了達到上述目的，本發明結合碘摻雜和微球形貌兩方面的優勢，合成制備了I摻雜TiO₂微球，所述的碘摻雜二氧化鈦微球電極由碘摻雜TiO₂微球組成，微球大小為300～500nm，碘與鈦的摩爾比為0.01～0.2∶1，薄膜的厚度為2～15μm;具體步驟包括：

(1) 使用鈦酸異丙酯作為鈦源，十二胺作為二氧化鈦的成球劑，在冰浴條件下，往無水乙醇中加入十二胺和鈦酸異丙酯混合攪拌10～15 min得到混合溶液作為前驅液；

(2) 將碘和去離子水混勻后作為反應溶液，將步驟（1）制備的前驅液在攪拌下逐滴滴加到反應溶液中，滴加完后攪拌反應12個小時，得到了透明的淡藍色碘摻雜的納米TiO₂反應膠體；