[发明专利]一种基于B4Ti3O12/TiO2异质结的染料敏化太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池的技术领域，特别涉及一种基于B₄Ti₃O₁₂/TiO₂异质结的染料敏化太阳能电池及其制备方法。

背景技术

硅基太阳能电池由于其较好的电子传输能力和极强的稳定性，占据了太阳能电池市场的主导地位，然而硅基太阳能电池生产成本高，生产过程环境污染大，影响了其进一步的发展。薄膜太阳能电池是用硅、硫化镉、砷化镓等制备成的厚度在微米量级的薄膜为基体材料，通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置，具有生产成本低，环境污染小的特点，被看作是硅太阳能电池的替代者。但是薄膜太阳能电池光电转化效率较低，使其还不能被大规模应用。

高度有序的TiO₂纳米管阵列是一种新型的纳米TiO₂材料，具有独特的垂直结构，良好的化学稳定性和耐腐蚀性，比表面积大，且具有环境友好，价格低廉等优点，在能源、环保以及氢敏领域有良好的应用前景。为了解决薄膜太阳能电池光电转化效率低的问题，人们将TiO₂纳米管阵列应用于太阳能薄膜电池中，利用其独特的结构和优异的性能提高太阳能电池的光电转化效率。

然而，TiO₂纳米管阵列禁带宽度较宽(3.2eV)，难以吸收含有高能量的可见光，光吸收效率较差，并且由于缺陷和晶界等因素的影响，TiO₂产生的光生载流子容易复合，也抑制了其光电性能，导致含有TiO₂纳米管阵列太阳能薄膜电池的光电性能难以进一步提高。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种基于B₄Ti₃O₁₂/TiO₂异质结的染料敏化太阳能电池及其制备方法，进一步提高太阳能电池的光电性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种基于B₄Ti₃O₁₂/TiO₂异质结的染料敏化太阳能电池，自下而上依次包括钛金属层、B₄Ti₃O₁₂/TiO₂异质结、光敏化染料和电解液、透明电极和导电玻璃层；所述B₄Ti₃O₁₂/TiO₂异质结包括TiO₂纳米管阵列和位于TiO₂纳米管表面的B₄Ti₃O₁₂；所述TiO₂纳米管阵列位于钛金属层表面。

优选的，所述B₄Ti₃O₁₂/TiO₂异质结中TiO₂纳米管的高度为3～5.5μm，直径为90～110nm；所述B₄Ti₃O₁₂生长在所述TiO₂纳米管表面，厚度为15～25nm。

优选的，所述光敏化染料为光敏化染料为钌基染料。

优选的，所述电解液为含碘和碘化物的电解液。

本发明提供了一种上述方案所述的基于B₄Ti₃O₁₂/TiO₂异质结的染料敏化太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

将钛片进行二次电解氧化处理和退火，在钛片表面得到TiO₂纳米管阵列；

将生长有TiO₂纳米管阵列的钛片与硝酸铋、水和KOH混合后进行水热反应，得到B₄Ti₃O₁₂/TiO₂异质结；

将所述B₄Ti₃O₁₂/TiO₂异质结在光敏化染料溶液中避光浸泡，得到敏化后的B₄Ti₃O₁₂/TiO₂异质结；