[发明专利]一种染料敏化太阳能电池用二氧化钛浆料的制备方法

说明书

技术领域：

本发明适用于纳米材料制备技术领域，特别是一种染料敏化太阳能电池用二氧化钛纳米浆料的制备方法。

背景技术：

随着人类社会的高速发展，人类对能源的需求不断增加，能源问题日渐成为人们关注的焦点。目前人类利用能源的主要形式是石油、煤、天然气等化石能源。但是作为不可再生能源，化石能源无法满足人类长期的需求。太阳能作为一种可再生资源，具有其他资源形式不可比拟的优点。太阳能的利用虽然很早就引起了科学家的兴趣，但其应用并不广泛。直到本世纪70年代石油危机的爆发，世界各国才在可再生能源领域投入大量的资金用于研究和开发。除了单纯的储量和经济方面的问题外，人类还必须考虑到另一个方面——生态和环境问题。燃烧化石燃料(特别是煤)严重污染环境，并且随着大气中二氧化碳的增多，还会产生“温室效应”。

将太阳能转化为电能是利用太阳能的一种重要形式。在过去的十几年中，利用半导体光电化学电池代替常规的固态光伏半导体太阳能电池来完成太阳能转化的潜在经济价值日益显现。常规的太阳能电池通常利用高纯度的完美晶体材料制成，而且p-n结的制备需要相当复杂的工艺，从而导致这类电池的价格非常昂贵。而利用半导体光电化学电池在输出功率相同的条件下，成本只有常规太阳能电池的十分之一左右。1991年，Michael等人首次报道了染料敏化太阳能电池，模拟日光照射下可达7.1％。1993年，再次报道了光电转换效率达10％的染料敏化太阳能电池。1998年，等人进一步研制出全固态染料敏化太阳能电池，单色光光电效率达到33％。截止2004年染料敏化太阳能电池效率达到11.04％。

从上述的过程可以看出二氧化钛的制备在染料敏化太阳能电池的制造中是一个非常关键的步骤，二氧化钛的质量好坏将直接关系到电池的转换效率。目前常用的方法是溶胶凝胶法制备二氧化钛，该方法在一定温度下需要较长时间的解胶，之后进行水热反应，占用了大量的时间。水性浆料在刮涂过程中容易产生裂纹并且制备条件不容易控制，不能进行批量、大面积的制备电池光阳极。水性浆料的裂纹还直接影响到电池的开路电压和填充因子，最终影响电池的转换效率，所以不能满足染料敏化太阳能电池的产业化的应用。

发明内容：

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种条件容易控制且适合于产业化批量生产的染料敏化太阳能电池用二氧化钛纳米浆料的制备方法，该方法制备的二氧化钛纳米浆料成膜性好、稳定性好。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种染料敏化太阳能电池用二氧化钛浆料的制备方法，包括下述步骤：

(1)制备二氧化钛水性浆料，各组份质量百分比含量含量为：

纳米二氧化钛粉末      6-36％

分散剂                0.01-0.3％

乳化剂                0.01-0.2％

造孔剂                      0.05-0.5％

粉末包覆剂                  0.125-3.15％

酸                          0.15-0.5％

水                          60-90％

按照上述配比称重，将纳米二氧化钛粉末缓慢加入水中磁子搅拌均匀，然后加入酸并使其充分混合；再加入分散剂和乳化剂搅拌10min后，将造孔剂和粉末包覆剂缓慢加入到正在搅拌的上述混和液中，超声破碎20min后再次进行磁子搅拌，直到该水性浆料没有沉淀和团聚现象为止。

(2)上述水性浆料加热浓缩后，将得到的固体产物与载体混合配制成二氧化钛浆料，所述载体包括纤维素和添加剂，各组份质量百分比含量为：

水性浆料浓缩的固体产物          15-25％

纤维素                          5-15％

添加剂                          60-80％

按照上述配比称重，将水性浆料浓缩的固体产物加无水乙醇进行初步研磨，研磨1h，然后称取纤维素放在添加剂中加热搅拌配制载体，加热到60度恒温2h后，载体呈现半透明状态即可；将研磨的固体产物和载体混合，充分搅拌后利用三滚研磨机进行滚扎，滚轧时间约30min，油性浆料配好封存。

所述步骤(1)中的二氧化钛粉末是锐钛矿型的纳米二氧化钛，平均粒径为25nm。

所述步骤(1)中的分散剂为乙酰丙酮。

所述步骤(1)中乳化剂为曲拉通OP-10。