[发明专利]一种形貌可控的染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源技术领域，涉及一种形貌可控的染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法。

背景技术

煤炭、石油等不可再生能源的短缺问题以及环境污染问题的加剧，使得如何有效利用安全、洁净、无污染且不受地理位置局限的太阳能资源愈加迫切。太阳能电池这种将太阳能转换为电能的新能源领域已成为众多研究者关注的领域。在各种不同类型的太阳能电池中，染料敏化太阳能电池以其光电转换效率高，制备工艺简单，成本低廉，对光照强度依赖小等优点受到广泛关注。

染料敏化纳米二氧化钛薄膜电池工作原理如下：在太阳光作用下，染料分子中的电子受激发跃迁至激发态，激发态不稳定，电子很快注入到较低能级的二氧化钛导带，空穴则留在染料中，此时染料分子变为氧化态。电子在二氧化钛薄膜中传输至导电底层，然后经外电路转移至对电极，产生光电流。氧化态的染料分子被电解液中的I-(一价碘阴离子)还原，染料分子再生。被氧化的I3-(三价碘阴离子)在对电极得到电子还原为I-，完成电子传输过程的一个循坏。

染料敏化太阳能电池中，半导体光阳极是其重要组成部分，它不仅是吸附染料的载体，也是传输电子的载体。染料敏化半导体材料多用二氧化钛，二氧化钛具有对人体无毒性，稳定性好，来源丰富，造价便宜等优点。在涂料，食品，化妆品，空气净化，光催化，新能源等领域均有广泛的应用。二氧化钛有金红石，锐钛矿，板钛矿三种晶型，其中金红石型和锐钛矿型应用较广。金红石和锐钛矿都属于正交晶系，但两者的八面体的扭曲程度不一样，金红石是近乎完美的正交晶系，其扭曲很小，而锐钛矿其八面体有严重的扭曲以至他的对称性很差，进而导致其电子-空穴分离能力变强。锐钛矿型的禁带宽度Eg为3.2eV，大于金红石型的禁带宽度(Eg=3.0eV)，使得锐钛矿型二氧化钛较金红石型具有更高的光催化活性，锐钛矿型二氧化钛更有利于应用于染料敏化太阳能电池。锐钛矿型二氧化钛只能吸收紫外光，而太阳光中紫外光只占3～4%，故需要吸附有机敏化染料分子来吸收可见光能量。二氧化钛薄膜光阳极的粒径，比表面，孔径，孔隙率，膜厚等参数对染料敏化太阳能电池的光电转换效率有着非常关键的影响。

目前染料敏化太阳能电池二氧化钛纳米材料通常采用钛酸酯水解，在酸性条件下如硝酸溶液中溶胶凝胶和水热处理进行制备，这种制备方法为了得到结晶度高的二氧化钛纳米材料需要在高于250℃的温度下热压处理，对设备要求苛刻，合成成本昂贵也不利于工业化生产，另一方面，采用酸性条件下合成的二氧化钛纳米材料的晶粒尺寸难以达到30纳米以上，限制了其在染料敏化太阳能电池光阳极中的应用。

中国专利（公开号CN101376112）公开了一种将无机钛化合物水解后在酸性条件下解胶制备二氧化钛纳米溶胶的方法，但是所得到的二氧化钛溶胶存在结晶度不高，易团聚等缺点。中国专利（公开号CN101049961）公开了一种染料敏化太阳能电池薄膜的制备方法，将有机钛酸盐水解后在碱性条件下水热制备二氧化钛溶胶，但是所得到的二氧化钛溶胶存在粒径分布宽的缺点，从而影响了纳米尺寸效应在光电转换中的独特优势。

因此，本领域需要研发一种形貌可控的染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法，以使得到的二氧化钛纳米颗粒单分散性良好，形貌和尺寸可控，以及该染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法工艺简单，有利于工业化应用。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种新颖的形貌可控的染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法。

在此，本发明提供一种形貌可控的染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，包括：

（1）将钛醇盐和稳定剂按体积比为1：（0.5～3）混合，得到溶液A，其中所述稳定剂为乙醇、异丙醇、乙醇胺和二乙烯三胺中的至少一种；

（2）向溶液A中缓慢滴加去离子水，至Ti离子浓度稀释为0.1～1mol/L，得到溶液B；

（3）向溶液B中加入碱溶液至pH为10～11，并在80～100℃的温度下回流18～30小时，得到透明浅黄色的二氧化钛溶胶；

（4）将所得的透明浅黄色的二氧化钛溶胶转移至反应釜中，在120～200℃的温度下热处理5～72小时，得到乳白色发蓝的二氧化钛溶胶；以及

（5）将所得的乳白色发蓝的二氧化钛溶胶离心，收集作为沉淀物的二氧化钛纳米晶，并将所述二氧化钛纳米晶分散于溶剂中并加入添加剂制成浆料丝网印刷于导电玻璃表面，经烘干、烧结制得所述形貌可控的染料敏化太阳能电池光阳极。