[發明專利]一種結晶二氧化鈦致密層及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202011611019.1
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112791922B
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 陳園夢;劉乙鑫;芮一川;陸樂
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: B05D1/00
• 分類號: B05D1/00;B05D1/02;B05D1/18;B05D7/24;C23C18/12;H01L51/46;H01L51/42;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊元焱

本發明涉及一種結晶二氧化鈦致密層及其制備方法與應用，制備方法包括首先將硫酸鈦溶液與氨水溶液混合，過濾后得到濕沉淀；再將濕沉淀與硝酸溶液混合并分散均勻，得到溶膠；之后將溶膠進行水熱反應，得到膠體溶液；最后將膠體溶液涂覆于基底表面，即得到二氧化鈦致密層；該二氧化鈦致密層可應用于鈣鈦礦太陽能電池或光催化領域。與現有技術相比，本發明合成過程中不使用任何表面活性劑，避免了表面活性劑對光催化和吸附性能的影響，并具有制備方法簡單、致密層比表面積大、電子?空穴復合率低、載流子遷移率高等優點。

技術領域

本發明屬于鈣鈦礦太陽能電池技術領域，涉及一種結晶二氧化鈦致密層及其制備方法與應用。

背景技術

TiO₂材料因具有環保、無污染和不溶于水、電子傳輸效率高等特點，廣泛應用于鈣鈦礦太陽能電池中的電子緩沖層。TiO₂材料主要有3種晶相結構銳鈦礦相、金紅石相以及板鈦礦相。典型的鈣鈦礦太陽能電池結構包括：透明導電玻璃(FTO)、n型致密電子傳輸層、有機-無機鹵化鈣鈦礦層、p型空穴傳輸層以及金屬背電極。鈣鈦礦太陽能電池的穩定取決于電子傳輸層的結構和形貌。TiO₂致密層是目前應用最廣泛的電子傳輸層，其光催化效率主要受光生電子-空穴對的產率決定，光生電子和空穴的快速復合直接影響著光催化活性的提高，當賦予其納米尺寸后，使得比表面積增大，吸光范圍變寬，電子-空穴復合率降低，表現出更高的量子效應。

近年來研究發現，通過改進電子傳輸層，有利于改善界面結構，加快電子傳輸，提高電池效率。中國專利CN201811104732.X公開了一種快速合成的B相二氧化鈦的方法，并將其用于在鈣鈦礦太陽能電池。該專利通過乙醇酸、尿素、濃硫酸合成二氧化鈦前驅體，后續再加入乙基纖維素、松油醇得到均勻分散液，水熱反應時間短，重現性良好，樣品合成后未直接煅燒，避免了納米粒子的團聚，但存在部分原料價格偏高，操作復雜等缺點。

發明內容

本發明的目的就是提供一種結晶二氧化鈦致密層及其制備方法與應用，用于解決現有二氧化鈦致密層制備方法繁瑣、制備成本較高的問題。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種結晶二氧化鈦致密層的制備方法，包括以下步驟：

1)將硫酸鈦溶液與氨水溶液混合，固液分離后得到白色濕沉淀；

2)將濕沉淀用去離子水洗滌2-4次以去除雜質離子，之后與硝酸溶液混合，并攪拌分散均勻，得到半透明溶膠；

3)將溶膠與水混合并稀釋后，再進行水熱反應，得到膠體溶液；

4)將膠體溶液涂覆于基底表面，即得到結晶二氧化鈦致密層。

進一步地，步驟1)中，所述的硫酸鈦溶液的濃度為0.5-0.8mol/L，所述的氨水的濃度為1-3mol/L；

所述的混合過程具體為：將硫酸鈦溶液于60-80℃下攪拌30-60min，并逐滴加入氨水溶液，至溶液pH為6.5-7.5。

進一步地，步驟2)中，所述的硝酸溶液的濃度為0.5-1mol/L；所述的硝酸溶液與濕沉淀的質量比為(15-20):1；

所述的攪拌分散過程中，攪拌溫度為60-80℃，攪拌時間為30-50min。

進一步地，步驟3)中，所述的溶膠與水的體積比為1:(5-10)；所述的水熱反應中，反應溫度為120-200℃，反應時間為15-20h。

進一步地，步驟4)中，涂覆方法包括旋涂法、噴涂法或浸漬提拉法中的一種。

一種結晶二氧化鈦致密層，采用如上所述的方法制備而成，具體的，所述的二氧化鈦致密層由5-50nm的結晶銳鈦相氧化鈦納米顆粒組成，并且二氧化鈦致密層的厚度為10-100nm。