[发明专利]基于三层TiO2复合薄膜的染料电池

权利要求书

1.基于三层TiO₂复合薄膜的染料电池，该染料电池包括光阳极、对电极和电解液，其中光阳极和对电极相对设置，中间夹有液态电解液；其特征在于，所述光阳极包括FTO导电基底，在FTO导电基底表面设有TiO₂复合薄膜，该TiO₂复合薄膜为三层结构设置，由光阳极FTO基底指向对电极方向，该TiO₂复合薄膜依次包括TiO₂下层复合薄膜、TiO₂中层复合薄膜、TiO₂上层复合薄膜；所述TiO₂上层复合薄膜包含BaTiO₃/MoS₂/TiO₂纳米片异质结构，所述TiO₂下层复合薄膜包含BaTiO₃/MoS₂/TiO₂纳米片异质结构，所述TiO₂中层复合薄膜包含SrTiO₃/Zn₂SnO₄/TiO₂纳米片异质结构。

2.根据权利要求1所述的基于三层TiO₂复合薄膜的染料电池，其特征在于，所述TiO₂复合薄膜是这样形成的：通过在FTO导电基底表面丝网印刷TiO₂复合浆料，从而形成该TiO₂复合薄膜；所述TiO₂上层复合薄膜厚度为20μm，所述TiO₂下层复合薄膜厚度为40μm，所述TiO₂中层复合薄膜厚度为20μm。

3.根据权利要求2所述的基于三层TiO₂复合薄膜的染料电池，其特征在于，所述TiO₂上层复合薄膜中，所述TiO₂为纳米片，所述BaTiO₃、MoS₂均为纳米颗粒，所述BaTiO₃、MoS₂、TiO₂的摩尔比为1:1:9。

4.根据权利要求3所述的基于三层TiO2复合薄膜的染料电池，其特征在于，所述TiO₂纳米片边长为120nm，所述BaTiO₃纳米颗粒粒径为20nm，所述MoS₂纳米颗粒粒径为100nm。

5.根据权利要求2所述的基于三层TiO₂复合薄膜的染料电池，其特征在于，所述TiO₂下层复合薄膜中，所述TiO₂为纳米片，所述BaTiO₃、MoS₂均为纳米颗粒，所述BaTiO₃、MoS₂、TiO₂的摩尔比为1:1:5。

6.根据权利要求5所述的基于三层TiO₂复合薄膜的染料电池，其特征在于，所述TiO₂纳米片边长为120nm，该BaTiO₃纳米颗粒粒径为20nm，该MoS₂纳米颗粒粒径为100nm。

7.根据权利要求2所述的基于三层TiO₂复合薄膜的染料电池，其特征在于，所述TiO₂中层复合薄膜中，所述TiO₂为纳米片，所述SrTiO₃、Zn₂SnO₄均为微纳米颗粒；所述TiO₂纳米片边长为120nm，所述SrTiO₃纳米颗粒粒径为10nm，所述Zn₂SnO₄微米颗粒粒径为1000nm，所述SrTiO₃、Zn₂SnO₄、TiO₂的摩尔比为3:1:6。

8.根据权利要求1所述的基于三层TiO₂复合薄膜的染料电池，其特征在于，所述染料敏化太阳能电池的制备步骤：

步骤1，制备光阳极

a)制备Zn₂SnO₄

b)制备MoS₂

c)制备SrTiO₃/Zn₂SnO₄/TiO₂

通过水热法制备TiO₂纳米片：在室温下，取10ml钛酸四丁酯，将其放入50ml的聚四氟乙烯反应釜中，然后，在搅拌情况下加入1.4ml的49wt.％氢氟酸溶液，在200℃下保温24h，得到白色沉淀，然后将其依次用超纯水和乙醇离心清洗，得到产物在70℃下干燥24h，得到所述TiO₂纳米片；

将氢氧化锶完全溶于超纯水中，配置成浓度为13mM、60ml的溶液，然后将其加入到反应釜中，按照摩尔比例，向反应釜中加入上述得到的TiO₂纳米片和Zn₂SnO₄，磁力搅拌50min后，再180℃保温20h，待反应完毕后自然冷却至室温，所得产物用0.1M的盐酸溶液和去离子水洗涤多次，然后干燥得到所述的SrTiO₃/Zn₂SnO₄/TiO₂纳米片异质结构；

d)制备BaTiO₃/MoS₂/TiO₂

将氢氧化钡完全溶于超纯水中，配置成浓度为14mM、60ml的溶液，然后将其加入到反应釜中，按照摩尔比例，向反应釜中加入上述得到的TiO₂纳米片和MoS₂，磁力搅拌50min后，再210℃保温35h，待反应完毕后自然冷却至室温，所得产物用0.1M的盐酸溶液和去离子水洗涤多次，然后干燥得到所述的BaTiO₃/MoS₂/TiO₂纳米片异质结构；

e)制备光阳极

首先，分别将SrTiO₃/Zn₂SnO₄/TiO₂纳米片异质结构、BaTiO₃/MoS₂/TiO₂纳米片异质结构配置成TiO₂复合浆料；光阳极基底为FTO基底，将其切割，清洗干净，然后配置0.04M的TiCl₄水溶液，将清洗干净的FTO基底放入TiCl₄水溶液中，在80℃下保持1h，取出，用去离子水反复冲洗，然后将FTO基底放入马弗炉中，在400℃退火1h；

采用丝网印刷法将TiO₂复合浆料涂覆在处理过的FTO基底上，使得分别形成TiO₂下层复合薄膜、TiO₂中层复合薄膜、TiO₂上层复合薄膜；达到所需厚度后，将旋涂好浆料的FTO基底在260℃干燥5h，然后在290℃煅烧40min、310℃煅烧15min、360℃煅烧50min、450℃煅烧30min、500℃煅烧20min；将煅烧后的FTO基底浸入到0.05mM染料N-719的乙腈和叔丁醇混合溶液中，乙腈和叔丁醇体积比为1:1，停留24h，取出后晾干，得到所述的光阳极；

步骤2，制备对电极

对电极为分散有铂的FTO基底，将对电极切割成与光阳极相同的尺寸，并在所需的位置钻孔，然后清洗备用；

步骤3，封装

将光阳极与对电极对置，在两电极之间注入电解液，共同组成一个三明治结构的电池，两电极之间进行封装；

电解液应用碘/碘三负离子电解液，首先称取100ml的乙腈溶液，向其中加入0.1M的碘化锂，0.1M单质碘，0.6M4-叔丁基吡啶和0.6M的四丁基碘化铵，避光超声5min，使其充分溶解；然后称取5g的Ag纳米颗粒，将其加入混合溶液中，充分混合。