[发明专利]一种染料敏化电池光阳极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于染料敏化电池领域，特别涉及一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法。 

背景技术

染料敏化太阳能电池以其较低的制作成本和简单的生产工艺将成为新一代太阳能电池的代表。纳米二氧化钛多孔膜是染料敏化纳米太阳能电池中的一个非常关键的组成部分。高效率的染料敏化太阳能电池要求染料与多孔半导体层结合。为了能够使染料充分有效地敏化二氧化钛电极，将二氧化钛制备成多孔薄膜是十分必要的。 电池正是由于采用了多孔二氧化钛薄膜，大大增加了电极的比表面积和吸附染料的能力，经带有羧基的联吡啶钌类染料敏化后，单一波长最大吸光效率才能达到98％以上，染料敏化太阳能电池才从此受到大家的关注。钛酸纳米管作为一种新型的一维纳米材料，由于其具有纳米管状结构，较大的比表面积，人们对其合成、结构、性质和应用进行了大量研究。 

发明内容：

本发明的目的是提供一种形成p型二氧化钛薄膜、并与n型二氧化钛薄膜形成p-n结的染料敏化电池光阳极的制备方法。 

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：一种染料敏化电池光阳极的制备方法，按照如下步骤进行： 

1)将二氧化钛置于摩尔浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液中剧烈搅拌30h得到悬浊溶液； 

2)将悬浊溶液在油浴中70～200℃的温度下加热回流5～60小时； 

3)冷却沉淀后，清除上层清液，用蒸馏水洗涤至PH＝8.0，过滤；然后滴加浓度为0.1mol/L的盐酸溶液调整pH值到7.0，过滤后在80℃下烘干12～24小时，过滤、洗涤、干燥，即得前躯体钛酸纳米管； 

4)将前躯体钛酸纳米管制备到导电基底上形成p型TiO₂薄膜； 

5)在p型TiO₂薄膜基础上再制备一层n型TiO₂薄膜，形成具有p-n结的染料敏化电池光阳极。 

进一步的，所述步骤4)按照以下步骤进行：在每1cm²的导电基体上涂覆1.5g的前躯体钛酸纳米管，放入管式炉中，自室温以20℃/min的升温速率升温至400℃-700℃，恒温保持0.5h-72h，然后冷却至室温，从而在导电基底上形成p型TiO₂薄膜。 

进一步的，所述前躯体钛酸纳米管为一维钛酸纳米管材料，其化学分子式为H₂Ti₅O₁₁·3H₂O。 

进一步的，所述p型TiO₂薄膜的比表面积为50～70m²/g。 

进一步的，所述二氧化钛为P25型。 

进一步的，所述步骤1)中每100ml浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液中加入3.33g二氧化钛。 

采用本发明所述的方法制备的p型TiO₂薄膜具有较高的透明性、 高的比表面积，比表面积为50～70m²/g，所以p型TiO₂薄膜作为电子传导层不会阻挡太阳光照射到吸收层。同时，由于纳米材料具有较高的载流子迁移率，因此采用此材料构成的薄膜作为太阳能电池的电极进行电流传输，可以提高了载流子的传输速度，从而提高了太阳能电池光电转化效率。该二氧化钛晶型为锐钛矿结构，并且二氧化钛的晶格中含有大量稳定的晶格缺陷：束缚单电子氧空位(single-electron-trappedoxygen vacancy，SETOV)和Ti³⁺，正是由于含有稳定的SETOV和Ti³⁺晶格缺陷，本发明制备的p型TiO₂薄膜显示出特殊的光电性质：即具有可见光吸收和可见光荧光性质，在可见光照射下表现为P型半导体的光电化学响应。 

另外p型TiO₂薄膜与n型TiO₂薄膜形成p-n结的染料敏化电池光阳极，该结构的特点是：当p-n结的半导体受到光照时，电子和空穴的数目增多，在结的局部电场作用下，p区空穴移到n区，n区的电子移到p区。电场的方向是N区指向P区的，阻碍多子(空穴)的扩散，却有利于少子(电子)的运动。 

附图说明

图1是二氧化钛纳米管的X-射线粉末衍射图(XRD)。

具体实施方式

实施例1