[发明专利]染料敏化太阳能电池光阳极用丝网印刷浆料的快速制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种丝网印刷用二氧化钛浆料的快速制备方法，更具体的说，涉及一种可应用于染料敏化太阳能电池光阳极的丝网印刷用二氧化钛浆料的快速制备方法。

技术背景

煤炭，石油等不可再生能源的短缺问题以及环境污染问题的加剧，使得如何有效利用安全，洁净，无污染且不受地理位置局限的太阳能资源愈加迫切。太阳能电池这种将太阳能转换为电能的新能源领域已成为众多研究者关注的领域。在各种不同类型的太阳能电池中，染料敏化太阳能电池以其光电转换效率高，制备工艺简单，成本低廉，对光照强度依赖小等优点受到广泛关注。

染料敏化太阳能电池主要包括半导体光阳极，对电极以及位于半导体光阳极和对电极之间的电解质。染料敏化纳米二氧化钛薄膜电池工作原理如下：在太阳光作用下，染料分子中的电子受激发跃迁至激发态，激发态不稳定，电子很快注入到较低能级的二氧化钛导带，空穴则留在染料中，此时染料分子变为氧化态。电子在二氧化钛薄膜中传输至导电底层，然后经外电路转移至对电极，产生光电流。氧化态的染料分子被电解液中的I-还原，染料分子再生。被氧化的I3-在对电极得到电子还原为I-，完成电子传输过程的一个循坏。

染料敏化太阳能电池中，半导体光阳极是其重要组成部分，它不仅是吸附染料的载体，也是传输电子的载体。染料敏化半导体材料多用二氧化钛，二氧化钛具有对人体无毒性，稳定性好，来源丰富，造价便宜等优点。在涂料、食品、化妆品、空气净化、光催化、新能源等领域均有广泛的应用。

二氧化钛有金红石、锐钛矿、板钛矿三种晶型，其中金红石型和锐钛矿型应用较广。金红石和锐钛矿都属于正交晶系，但两者的八面体的扭曲程度不一样，金红石是近乎完美的正交晶系，其扭曲很小，而锐钛矿其八面体有严重的扭曲以至他的对称性很差，进而导致其电子-空穴分离能力变强。锐钛矿型的禁带宽度Eg为3.2eV，大于金红石型的禁带宽度(Eg=3.0eV)，使得锐钛矿型二氧化钛较金红石型具有更高的光催化活性，锐钛矿型二氧化钛更有利于应用于染料敏化太阳能电池。

二氧化钛薄膜光阳极的粒径，比表面，孔径，孔隙率，膜厚等参数对染料敏化太阳能电池的光电转换效率有着非常关键的影响。通过丝网印刷制备二氧化钛薄膜快速，简便，膜厚可控，能制备高品质且大面积的薄膜，利于工业化生产。因此，制备分散性良好，稳定性高，高比表面及高孔隙率的易于丝网印刷的二氧化钛浆料十分重要。

中国专利（公开号101699588A）公开了一种油性二氧化钛浆料的制备方法，然而，该方法先制备二氧化钛水性浆料，加热浓缩去除水分后再制备油性浆料，制备工艺复杂，不适合工业化生产。中国专利（公开号101314523）公开了一种研磨法制备二氧化钛浆料的方法，然而，该方法制备的二氧化钛浆料通过刮刀法制膜，不能通过丝网印刷快速简便的制备高品质，大面积且膜厚可控的二氧化钛薄膜。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种染料敏化太阳能电池光阳极用丝网印刷浆料的快速制备方法。在本发明中，所述丝网印刷用二氧化钛浆料的制备方法操作简便，设备易得，合成周期短，制造成本低，重复性能好，有极好的工业化应用前景。

一方面，本发明提供一种染料敏化太阳能电池光阳极用丝网印刷浆料的制备方法，所述制备方法：

(1)将锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒、表面活性剂、超分散包覆剂、粘度调节剂和溶剂混合；

(2)用机械分散方法分散0.5至12小时，得到染料敏化太阳能电池光阳极用丝网印刷浆料。

在本发明优选的实施方式中，所述锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒、表面活性剂、超分散包覆剂、粘度调节剂和溶剂的质量比为1～2:0.1～1:0.01～0.5:0.2～0.8:5～10，优选为1.5～2:0.1～0.8:0.01～0.2:0.3～0.6:6～9，最优选为2:0.1:0.05:0.4:8。

在本发明优选的实施方式中，所述锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒为低维纳米材料，选自以下物质中的一种或多种：二氧化钛纳米颗粒、二氧化钛纳米管、二氧化钛纳米花、二氧化钛纳米棒、二氧化钛纳米带和二氧化钛纳米线。

在本发明优选的实施方式中，所述表面活性剂为选自下述物质中的一种或多种：十二烷基苯磺酸钠、聚山梨酯、月桂酸、月桂醇硫酸钠、聚乙二醇辛基苯基醚、脂肪酸山梨坦和脂肪酸甘油脂。

在本发明优选的实施方式中，所述超分散包覆剂为选自下述物质中的一种或多种：单烷氧基钛酸酯偶联剂、单烷氧基焦磷酸酯钛酸酯偶联剂、配位型钛酸酯偶联剂和螫合型钛酸酯偶联剂。