[发明专利]染料敏化太阳能电池用纳米二氧化钛浆料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米二氧化钛浆料的制备方法，特别涉及一种染料敏化太阳能电池用纳米二氧化钛浆料的制备方法。

背景技术

九十年代发展起来的染料敏化太阳能电池具有成本低、无毒害、光电转换效率高的特点，近年来广泛受到各国科学工作者的关注。由于利用浆料制备薄膜快捷、操作简单且能制备出性能优良的薄膜，浆料应用于染料敏化太阳能电池工作电极薄膜制备非常普遍。膜的性质直接影响电池的性能，因此成功制备出分散好稳定性高的浆料极为关键。

已有一些文献和专利阐述了如何制备二氧化钛浆料。Prog.Photovolt：Res.Appl.2007；15：603-612阐述了一种油性二氧化钛浆料的制备方法，但该制备过程繁琐，纳米二氧化钛浆料分散性也不理想，且溶剂为环境不友好的有机溶剂。Solar Energy Materials & Solar Cells 76(2003)：3阐述了一种水性二氧化钛浆料的制备方法，但是该方法制备的浆料稳定性不足，放置数十分钟就发生沉降。CN01128206.1公开了一种纳米二氧化钛浆料的制备方法，该方法引入很多无机杂离子，主要用于涂料、油墨、陶瓷、纺织、化妆品和胶粘剂等领域，不适合做多孔的二氧化钛膜。

国内外化工企业，例如瑞士的Solaronix公司、瑞士的Greatcell公司、日本的Peccell公司、日本的Fujikura公司、日本的Toyota公司、美国的Konarka、澳大利亚的Dyesol公司都有相关的技术及浆料产品推出，中国的七色光太阳能科技开发有限公司也有浆料产品推出。但是，Solaronix等公司的浆料久置分层，且黏度低需经反复涂膜反复烧结才能达到电池要求的膜厚；国内制备的浆料粒径分布较宽有团聚且沉降厉害。

现有技术的缺陷在于纳米二氧化钛浆料分散性和稳定性能均不理想，而且使用前均需要通过搅拌或超声对浆料进行重新分散。此外，现有技术制备纳米二氧化钛浆料中都需添加高温烧结才能去除的有机添加剂，这些浆料不利于更为便捷成本更低廉的柔性塑料染料敏化太阳能电池的制备。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种分散性好且稳定性强的染料敏化太阳能电池用纳米二氧化钛浆料的制备方法。

本发明的染料敏化太阳能电池用纳米二氧化钛浆料的制备方法：

在温度为60～120℃下，将纳米二氧化钛颗粒加入到酸中进行搅拌，蒸干，得到表面改性的纳米二氧化钛颗粒；然后加水或乙醇进行球磨，得到悬浊液；向悬浊液中加入表面活性剂溶液，得到混合悬浊液，混合均匀后进行球磨0.5小时以上；其中，混合悬浊液中表面改性的纳米二氧化钛颗粒的含量为5wt％～30wt％，表面活性剂的含量为2wt‰～25wt‰，余量为水或乙醇，混合悬浊液的pH范围为1～6。

所述的酸选自硫酸、硝酸、盐酸、醋酸、苯甲酸、柠檬酸、酒石酸、水杨酸、草酸等中的一种或大于一种以上的混合酸。

当混合悬浊液的pH范围不为1～6时，加无机酸或无机碱进行调节混合悬浊液的pH范围为1～6。

所述的无机酸选自硫酸、硝酸、盐酸、醋酸等中的一种或大于一种以上的混合酸。

所述的无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氨水等中的一种或大于一种以上的混合碱。

所述的向悬浊液中加入表面活性剂溶液，其悬浊液是加水或乙醇进行球磨后可进一步经静置后所取得的上层悬浊液、加水或乙醇进行球磨后可进一步经离心沉降后所取得的上层悬浊液、加水或乙醇进行球磨后可进一步经过滤后所取得的滤液中的一种。

所述的表面活性剂选自乙酰丙酮、曲拉通、有机硅烷偶联剂、纤维素、聚环氧乙烷、聚环氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮等中的一种或大于一种以上的混合物。溶解表面活性剂的溶剂是水或乙醇。

所述的纤维素选自甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素等中的一种或大于一种以上的混合物。

所述的球磨为球磨罐球磨等。

本发明采用的分散机制是电荷稳定机制和空间位阻稳定机制两者的联用机制。具体的作用机理是：用酸对纳米二氧化钛颗粒表面进行改性，使纳米二氧化钛颗粒表面带上相同的正电荷，由于纳米二氧化钛颗粒表面带上了相同的正电荷而使纳米二氧化钛颗粒之间相互排斥，从而使纳米二氧化钛颗粒在溶剂中稳定；加入表面活性剂的目的是使纳米二氧化钛颗粒之间产生空间位阻，防止纳米二氧化钛颗粒团聚，有利于纳米二氧化钛颗粒的分散和所得浆料的稳定。