[发明专利]一种基于核壳结构的上转换微纳米球的染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法

摘要

一种基于核壳结构的上转换微纳米球的染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，它涉及一种太阳能电池光阳极的制备方法。本发明的目的是要解决现有上转换粉体存在导电性差，使得太阳能电池的光电转换效率低的问题。方法：一、制备Ho掺杂的YbF₃；二、制备TiO₂包覆Ho掺杂的YbF₃；三、制备TiO₂包覆Ho掺杂的YbF₃浆料，再进行丝网印刷，再进行煅烧。本发明得到的核壳结构的上转换微纳米球可以作为光阳极材料制备核壳结构的上转换微纳米球的染料敏化太阳能电池。本发明可获得一种基于核壳结构的上转换微纳米球的染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法。

主权项

一种基于核壳结构的上转换微纳米球的染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，其特征在于一种基于核壳结构的上转换微纳米球的染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法是按以下步骤完成的：一、①、将NH₄HF₂溶于去离子水中，得到NH₄HF₂的水溶液；步骤一①中所述的NH₄HF₂的质量与去离子水的体积比为(1g～1.5g):15mL；②、将稀土硝酸盐溶于去离子水中，得到稀土硝酸盐溶液；步骤一②中所述的稀土硝酸盐为Yb(NO₃)₃·6H₂O和Ho(NO₃)₃·5H₂O的混合物；所述的稀土硝酸盐中Yb(NO₃)₃·6H₂O与Ho(NO₃)₃·5H₂O的质量比为(1～1.3):0.015；步骤一②中所述的稀土硝酸盐的质量与去离子水的体积比为(1g～1.4g):5mL；③、将十六烷基三甲基溴化铵溶于去离子水中，得到十六烷基三甲基溴化铵水溶液；步骤一③中所述的十六烷基三甲基溴化铵的质量与去离子水的体积比为(0.3g～0.5g):10mL；④、在搅拌速度为300r/min～1000r/min下将稀土硝酸盐溶液以50滴/min～80滴/min的滴加速度滴加到十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，再在搅拌速度为300r/min～1000r/min下搅拌反应1min～30min，得到混合溶液A；再在搅拌速度为300r/min～1000r/min下将NH₄HF₂的水溶液以50滴/min～80滴/min的滴加速度滴加到混合溶液A中，再使用质量分数为98％的硝酸调节混合溶液A的pH值为1～7，再在搅拌速度为300r/min～1000r/min下搅拌反应0.5h～2h，得到反应物Ⅰ；步骤一④中所述的稀土硝酸盐溶液与十六烷基三甲基溴化铵水溶液的体积比为(4～8):10；步骤一④中所述的稀土硝酸盐溶液与NH₄HF₂的水溶液的体积比为(4～8):15；⑤、将步骤一④中得到的反应物Ⅰ加入到水热反应釜中，再将水热反应釜加热至120℃～200℃，再在温度为120℃～200℃下水热反应12h～30h，得到反应物Ⅱ；将反应物Ⅱ在离心速度为3000r/min～15000r/min下进行离心5min～10min，得到白色沉淀物质Ⅰ；依次使用去离子水和无水乙醇分别对白色沉淀物质Ⅰ清洗2次～5次，再将清洗后的白色沉淀物质Ⅰ置于温度为100℃的真空干燥箱中干燥1h～5h，再将干燥后的白色沉淀物质Ⅰ在温度为300℃～600℃的马弗炉中煅烧0.5h～6h，再自热冷却至室温，得到Ho掺杂的YbF₃；二、将步骤一⑤得到的Ho掺杂的YbF₃溶于异丙醇中，再加入二乙烯三胺，再在搅拌速度为300r/min～1000r/min下搅拌反应10min～20min，再在搅拌速度为300r/min～1000r/min下加入异丙醇钛，再在搅拌速度为300r/min～1000r/min下搅拌反应50min～70min，得到反应物Ⅲ；将反应物Ⅲ加入到水热反应釜中，再将水热反应釜加热至120℃～200℃，再在温度为120℃～200℃下水热反应0.5h～5h，得到反应物Ⅳ；将反应物Ⅳ在离心速度为3000r/min～15000r/min下进行离心5min～10min，得到白色沉淀物质Ⅱ；使用去离子水和无水乙醇分别对白色沉淀物质Ⅱ清洗2次～5次，再将清洗后的白色沉淀物质Ⅱ置于温度为100℃的真空干燥箱中干燥1h～5h，再将干燥后的白色沉淀物质Ⅱ置于温度为300℃～600℃的马弗炉中煅烧0.5h～4h，再自然冷却至室温，得到TiO₂包覆Ho掺杂的YbF₃；步骤二中所述的Ho掺杂的YbF₃的质量与异丙醇的体积比为(0.05g～0.5g):30mL；步骤二中所述的Ho掺杂的YbF₃的质量与二乙烯三胺的体积比为(0.05g～0.5g):60μL；步骤二中所述的Ho掺杂的YbF₃的质量与异丙醇钛的体积比为(0.05g～0.5g):30mL；三、①、将TiO₂包覆Ho掺杂的YbF₃与乙基纤维素、松油醇和无水乙醇混合均匀，得到TiO₂包覆Ho掺杂的YbF₃浆料；步骤三①中所述的TiO₂包覆Ho掺杂的YbF₃与乙基纤维素的质量比为1:(0.1～0.5)；步骤三①中所述的TiO₂包覆Ho掺杂的YbF₃与松油醇的质量比为1:(2～7)；步骤三①中所述的TiO₂包覆Ho掺杂的YbF₃与无水乙醇的质量比为1:(2～5)；②、将二氧化钛P25与乙基纤维素、松油醇和无水乙醇混合均匀，得到二氧化钛P25浆料；步骤三②中所述的二氧化钛P25与乙基纤维素的质量比为1:(0.1～0.5)；步骤三②中所述的二氧化钛P25与松油醇的质量比为1:(2～7)；步骤三②中所述的二氧化钛P25与无水乙醇的质量比为1:(2～5)；③、使用250目丝网对步骤三②得到的二氧化钛P25浆料进行丝网印刷法涂膜，得到P25薄膜；再在P25薄膜上使用250目丝网对步骤三①得到的TiO₂包覆Ho掺杂的YbF₃浆料进行丝网印刷法涂膜，得到负载在P25薄膜上的TiO₂包覆Ho掺杂的YbF₃薄膜；步骤三③中所述的负载在P25薄膜上的TiO₂包覆Ho掺杂的YbF₃薄膜中P25薄膜与TiO₂包覆Ho掺杂的YbF₃薄膜的厚度比为1:(0.1～1)；步骤三③中所述的负载在P25薄膜上的TiO₂包覆Ho掺杂的YbF₃薄膜中TiO₂包覆Ho掺杂的YbF₃薄膜的厚度为6μm；④、将负载在P25薄膜上的TiO₂包覆Ho掺杂的YbF₃薄膜以0.5℃/min～2℃/min的升温速率从室温升温至400℃～600℃，再在温度为400℃～600℃下保温0.1h～1h，得到基于核壳结构的上转换微纳米球的染料敏化太阳能电池光阳极。