[發明專利]TiO2光陽極膜的制備及后處理方法

有效

• 申請號: 201710395835.5
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107180703B
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 戚克振;王瑞丹;任月;黎亞青
• 申請（專利權）人: 沈陽師范大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 沈陽維特專利商標事務所(普通合伙) 21229
• 代理人: 甄玉荃

本發明涉及一種TiO₂光陽極膜的制備及后處理方法，該方法是一種簡單有效的后處理方法，即通過1g/mL的尿素溶液浸泡后煅燒，來提升電池的性能的方法。通過實驗數據顯示，經過尿素溶液處理過后，電池的短路電流有較大的提升；在濃度為1g/mL的尿素溶液中處理后，獲得了最高的轉化效率。

技術領域:

本發明屬于太陽能電池領域，具體涉及一種TiO₂光陽極膜的制備及后處理方法。

背景技術:

染料敏化太陽能電池(DSSC)因其具有成本低，原材料豐富，制備工藝簡單，環保無污染等特點受到眾多科學家的重視。染料敏化太陽能電池真正的大量研究開始于1991年，瑞士科學家Gratzel以多孔二氧化鈦薄膜為光陽極，制備出的染料敏化太陽能電池的效率達到了7％。最近一段時間，由鈣鈦礦敏化的全固態染料敏化太陽能電池的效率達到了15％，受到了全世界科學家的重視。然而相比固態電池的發展，液態DSSC電池的效率在這二十年間卻沒有較大的突破。

傳統的液態染料敏化太陽能電池的原理為：吸附在二氧化鈦上的染料分子吸收太陽光，染料分子上的電子被激發，然后注入二氧化鈦的導帶，通過二氧化鈦多孔膜傳輸到外電路。在此同時，處于氧化態的染料被電解質中的I-還原而重生。除了這些，電池中還存在著影響電池效率的反應，如光生電子的復合的暗電流造成大量光生電子的損失。這對電池的轉化效率起著主要的限制作用。除了光生電荷的損失，對光的利用率不高也是限制 DSSC發展的主要因素。

為了解決影響染料敏化太陽能電池效率的因素，科學家們做了大量的研究來改善陽極膜的性能。比如，1)通過增加大顆粒的二氧化鈦作為散射中心，增加對光的散射，增大了光程從而增加了對光的利用率。或者通過造孔等增加二氧化鈦的比表面積從而增加對染料的吸附，同樣起到增加對光的吸收作用。除了形貌上的控制，還有對二氧化鈦的改性包括離子摻雜，貴金屬負載等方法來增加對可見光的吸附。通過與具有高導電性的材料復合，包括碳納米管，石墨烯等來加快電子的傳輸，從而加快光生電荷的分離，從而提高電池的光電轉化效率。通過對光陽極進行前后處理。一般的前后處理都用TiCl₄或者TiCl₃溶液浸泡，起到修復表面缺陷，從而降低電子復合，提升電池效率的作用。通過導帶位置更高的半導體材料進行包覆來形成能級勢壘，從而組織光生電子與電解質的復合。較為常用的包覆材料有MgO,ZnO,Al₂O₃,SnO₂等。

發明內容

TiO₂光陽極膜的制備及后處理方法，該方法方法包括如下步驟：

(1)首先將FTO導電玻璃置于乙醇和蒸餾水中分別超聲15～20min，在空氣中干燥后貼好膠帶，具體的制備過程為：將P25粉末、聚乙二醇以及蒸餾水以5：2：20的質量比加入研缽中，在研缽中研磨30～50min；將研磨好得到的漿料滴到貼好膠帶的FTO玻璃上，采用刮刀法涂抹；在空氣中干燥后，在馬弗爐中450℃煅燒30～60min；

(2)將制備好的陽極膜浸入不同濃度為1-3g/mL的尿素溶液中進行后處理，在尿素溶液中浸漬1min后拿出，在空氣中干燥后，將處理好的陽極膜放入坩堝中，坩堝加蓋后放入馬弗爐，在500℃下煅燒1h。

上述所用試劑均為分析純級，且使用前未經純化。

所采用的FTO導電玻璃的電阻為14-20Ω·sq^-1。

所采用的聚乙二醇的平均分子量為2000。

本發明的有益效果：