[发明专利]一种用于染料敏化太阳能电池的TiO2纳米管阵列及其制备方法

权利要求书

1.一种用于染料敏化太阳能电池的TiO₂纳米管阵列，其特征在于，该TiO₂纳米管阵列具有DNA螺旋状或筛网状的三维纳米结构，该TiO₂纳米管阵列的结构单元为Cu掺杂改性的TiO₂纳米管。

2.根据权利要求1所述的用于染料敏化太阳能电池的TiO₂纳米管阵列，其特征在于，用于生长Cu掺杂改性的TiO₂纳米管阵列的基体材质为铜钛合金。

3.根据权利要求1所述的用于染料敏化太阳能电池的TiO₂纳米管阵列，其特征在于，该TiO₂纳米管阵列的晶相组成为锐钛矿相和金红石相混合的复合晶相，其中金红石相所占的质量比为0~15%。

4.根据权利要求1所述的用于染料敏化太阳能电池的TiO₂纳米管阵列，其特征在于，该TiO₂纳米管阵列具有较强的可见光响应性能，在可见光范围内的吸收带边拓展至650~900nm。

5.一种用于染料敏化太阳能电池的TiO₂纳米管阵列的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、预处理：将二元铜钛合金丝基体进行打磨、抛光、清洗；

步骤二、将该预处理后的铜钛合金丝构筑成具有DNA螺旋结构或筛网结构的基体，然后在无水乙醇中采用超声波清洗，然后在干燥备用；

步骤三、配置甲酰胺基电解液；

步骤四、将该DNA螺旋结构或筛网结构的基体浸入到该甲酰胺基电解液中作为阳极，采用高纯铂片电极作为对电极进行阳极氧化，在DNA螺旋结构或筛网结构的基体表面上得到Cu掺杂TiO₂纳米管阵列前驱体薄膜；

步骤五、将步骤四得到的表面生长有Cu掺杂改性TiO₂纳米管阵列前驱体薄膜的DNA螺旋结构或筛网结构的基体在无水乙醇中超声波处理，然后用去离子水清洗，再采用惰性气体将其吹干备用；

步骤六、将该干燥后的表面生长有Cu掺杂改性TiO₂纳米管阵列前驱体薄膜的DNA螺旋结构或筛网结构的基体放入陶瓷器皿中，并用同样大小的陶瓷器皿盖住，然后在炉中将其进行退火晶化处理，得到该用于染料敏化太阳能电池的Cu掺杂改性的TiO₂纳米管阵列。

6.根据权利要求5所述的用于染料敏化太阳能电池的TiO₂纳米管阵列的制备方法，其特征在于，步骤一中铜钛合金丝基体的组成为：铜和钛总的质量百分含量为100%，铜的质量百分含量为1%~49%，钛的质量百分含量为51%~99%，铜、钛纯度均为99%~99.99%。

7.根据权利要求5所述的用于染料敏化太阳能电池的TiO₂纳米管阵列的制备方法，其特征在于，步骤二中用于构筑DNA螺旋结构或筛网结构基体的铜钛合金丝直径为1mm~10mm。

8.根据权利要求5所述的用于染料敏化太阳能电池的TiO₂纳米管阵列的制备方法，其特征在于，步骤二中所构筑的DNA螺旋结构直径为5mm~200mm，筛网孔的面积为1mm²~50cm²。

9.根据权利要求5所述的用于染料敏化太阳能电池的TiO₂纳米管阵列的制备方法，其特征在于，步骤三中的甲酰胺基电解液组成为：0.1~0.8mol/L NH4F、体积分数为5~10%的H₂O，以及体积分数为90-95%的甲酰胺。

10.根据权利要求5所述的用于染料敏化太阳能电池的TiO₂纳米管阵列的制备方法，其特征在于，步骤四中进行阳极氧化时施加的电压为5V~64V直流恒电压，阳极氧化时间为1min~240min，在阳极氧化反应过程中使用磁力搅拌器进行搅拌，搅拌速度为200~500转/分。

11.根据权利要求5所述的用于染料敏化太阳能电池的TiO₂纳米管阵列的制备方法，其特征在于，步骤五中的超声波处理为5~15秒，超声波频率为30~100赫兹，用去离子水清洗的次数为3~5次，惰性气体为氮气或氩气。