[发明专利]掺杂的二氧化钛及其制备方法、该材料制备的染料敏化太阳能电池光阳极、电池

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池制造技术领域，具体涉及一种掺杂的二氧化钛及其制备方法、该材料制备的染料敏化太阳能电池光阳极、电池。 

背景技术

自上世纪90年代初，瑞士洛桑高等工业学院Greatzel教授领导的研究小组以纳米多孔二氧化钛应用于染料敏化太阳能电池把电池光电转换效率提高到6~7%以后，在世界上引起广泛关注。由于染料敏化太阳能电池具有成本低、制造工艺简单、环境友好型等潜在的应用优势，因此，众多商业公司和研究机构投入大量的力量，并加大了大面积电池的应用研究。 

染料敏化太阳能电池由以下几部分组成∶光阳极、光阴极、电解质、染料等，其中由纳米二氧化钛薄膜为主体构成的光阳极是染料敏化太阳能电池的骨架部分，不仅是染料的支撑和吸附载体，同时也是电子的传输载体。但是纳米二氧化钛薄膜的空隙率、孔径、厚度、晶型等参数，直接影响染料敏化太阳能电池中染料的吸附量，光电子从染料激发态到导电玻璃的传输以及电解质中氧化-还原电对的有效传输。目前，纳米二氧化钛薄膜的光电子的传导效率普遍不高，成为影响染料敏化太阳能电池发展的一个重要因素。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种掺杂的二氧化钛及其制备方法、该材料制备的染料 敏化太阳能电池光阳极、电池。该掺杂的二氧化钛中实现了碳纳米管与晶态的二氧化钛的有效连接，且掺杂的二氧化钛颗粒分散性好，无团聚现象；在该掺杂的二氧化钛中，只掺入了少量的碳纳米管，就可以增强光生电子在由该掺杂的二氧化钛制备的光阳极膜层中的传输。 

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种掺杂的二氧化钛，其结构为碳纳米管掺入晶态的二氧化钛中，且所述碳纳米管与所述晶态的二氧化钛的摩尔比为（1:49）~（1:19）。 

优选的是，所述碳纳米管采用单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管。 

选的是，所述单壁碳纳米管的直径为0.8nm~4nm，长度为0.5μm~5μm。 

优选的是，所述多壁碳纳米管的直径为5nm~80nm，长度为0.2μm~30μm。 

本发明还提供一种制备上述的掺杂的二氧化钛的方法，包括以下步骤∶ 

（1）制备非晶态的二氧化钛； 

（2）将碳纳米管与所述非晶态的二氧化钛按照摩尔比（1:49）~（1:19）混合，再通过水热反应制备掺杂的二氧化钛，其中，水热反应的温度为160℃~180℃，水热反应的时间为1小时~24小时。 

优选的是，所述步骤（1）中，所述非晶态的二氧化钛的制备方法为分别配置钛的化合物的水溶液、酸的水溶液；将所述酸的水溶液加入到所述钛的化合物的水溶液中，得到非晶态的二氧化钛。 

优选的是，所述钛的化合物的水溶液的配置方法为将2~20质量份的钛的化合物与50~700质量份的水混合；和/或所述酸的水溶液的配置方法为将3~15质量份的酸与100~500质量份的水混合。 

优选的是，所述钛的化合物为硫酸钛、钛酸四丁酯、异丙醇钛中的任意一种；和/或所述酸为聚丙烯酸、水杨酸、草酸中的任 意一种。 

本发明还提供一种染料敏化太阳能电池用光阳极，其由上述掺杂的二氧化钛制备。 

本发明还提供一种染料敏化太阳能电池用光阳极的制备方法，包括以下步骤∶将上述的掺杂的二氧化钛、松油醇、乙基纤维素按照质量比掺杂的二氧化钛:松油醇:乙基纤维素=2:7:1混合配置二氧化钛浆料，涂覆二氧化钛膜层，烧结制备得到染料敏化太阳能电池用光阳极。 

本发明还提供一种染料敏化太阳能电池，其含有上述的染料敏化太阳能电池用光阳极。 

本发明的有益效果∶该掺杂的二氧化钛中碳纳米管掺入到晶态的二氧化钛中，实现了碳纳米管与晶态的二氧化钛的有效连接，且掺杂的二氧化钛颗粒分散性好，无团聚现象；在该掺杂的二氧化钛中，只掺入了少量的碳纳米管，就可以增强光生电子在由该掺杂的二氧化钛制备的光阳极膜层中的传输。该掺杂的二氧化钛的制备方法简单，通过水热反应过程中实现生成晶态的二氧化钛以及同时碳纳米管掺入到晶态的二氧化钛中，不仅实现了均匀掺杂的目的，而且大大降低了水热反应的温度。使用该制备方法得到的掺杂的二氧化钛制作染料敏化太阳能电池，大大提高了电池的光电转换效率。 

附图说明

图1是本发明实施例1制备的掺杂的二氧化钛做成的光阳极对应的染料敏化太阳能电池的I-V检测图； 

图2是本发明实施例2制备的掺杂的二氧化钛做成的光阳极对应的染料敏化太阳能电池的I-V检测图；