[发明专利]一种掺杂的二氧化钛及其制备方法、染料敏化太阳能电池

说明书

技术领域

本发明属于染料敏化太阳能电池技术领域，具体涉及一种掺杂的二氧化钛及其制备方法、染料敏化太阳能电池。

背景技术

太阳能电池能够将太阳能直接转换为电能，主要包括：硅系电池、化合物半导体电池、聚合物太阳电池、染料敏化太阳能电池。目前，硅太阳能电池占据市场主体地位，但由于其成本昂贵及制造过程中大量有毒副产物的排放，大大限制了硅太阳能电池的应用，而低成本及环境友好型的染料敏化太阳电池将成为替代硅系太阳能电池的第三代太阳能电池。1991年瑞士洛桑高等工业学院Greatzel教授领导的研究小组，把纳米多孔的TiO₂应用于染料敏化太阳能电池（DSSC）取得了突破性进展。由于DSSC潜在的应用前景，众多商业公司和研究机构投入大量的力量对大面积的染料敏化太阳能电池的研究。

染料敏化太阳能电池由以下几部分组成：光阳极、光阴极、电解质、染料，其中由纳米薄膜为主体构成的光阳极是电池的骨架部分，不仅是染料的支撑和吸附载体，同时也是电子的传输载体。纳米薄膜的空隙率、孔径、厚度、晶型等参数，直接影响染料敏化太阳能电池中染料的吸附量、电子从染料激发态到导电玻璃的传输以及电解质中氧化-还原电对的有效传输。因此，光阳极作为染料敏化太阳能电池的重要组成部分一直是研发广泛关注的重点。

目前对于染料敏化太阳能电池光阳极的研究多集中在尝试新型半导体材料、光阳极浆料添加剂的优选以及制备工艺的优化等方面，目的在于提高半导体材料对太阳光的利用率以及减少注入半导体中电子与电解质的复合，但是对于染料敏化太阳能电池的光电效率的提高并不太理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种掺杂的二氧化钛及其制备方法、染料敏化太阳能电池，该掺杂的二氧化钛中的具有线性结构的银纳米线连通性好、对电子的传导能力强，大大提高了掺杂的二氧化钛的电子传导能力。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种掺杂的二氧化钛，其结构为晶态的二氧化钛中掺杂有银纳米线。

优选的是，所述晶态的二氧化钛与所述银纳米线的摩尔比为（49∶1）～（29∶1）。

优选的是，所述银纳米线的直径为10～50nm、长度为100～800nm。

优选的是，所述二氧化钛的粒径为20～50nm。

本发明提供一种制备上述的掺杂的二氧化钛的制备方法，包括以下步骤：

（1）使用液相法制备非晶态的二氧化钛，得到所述非晶态的二氧化钛的悬浮液，再加入银纳米线，得到第一混合物；

（2）将所述第一混合物放入到水热反应釜中，加热反应得到掺杂的二氧化钛，该掺杂的二氧化钛中包括晶态的二氧化钛和所述银纳米线。

优选的是，所述步骤（1）中的所述使用液相法制备非晶态的二氧化钛的方法具体为：将第一酸性抑制剂加入到第一钛盐水溶液中，混合后反应得到所述非晶态的二氧化钛。

优选的是，所述步骤（1）中的所述第一钛盐为钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、氟钛酸铵中的一种或者几种混合物；所述第一酸性抑制剂为水杨酸和/或聚丙烯酸。

优选的是，所述步骤（1）中所述第一钛盐水溶液中的钛离子与所述第一酸性抑制剂中的氢离子的摩尔比为（1∶10）～（2∶1）。

优选的是，所述钛盐水溶液的浓度为0.05～0.5M。

优选的是，所述酸性抑制剂的浓度为0.1～2M。

优选的是，所述步骤（2）中的所述加热的温度为140～170℃，所述加热的时间为10～20小时。

本发明提供一种制备上述的掺杂的二氧化钛的制备方法，包括以下步骤：

（1）使用液相法制备非晶态的二氧化钛，得到所述非晶态的二氧化钛的悬浮液，该非晶态的二氧化钛的悬浮液为第二混合物；

（2）将所述第二混合物放入水热反应釜中，加热反应得到晶态的二氧化钛，将该晶态的二氧化钛与银纳米线混合，得到掺杂的二氧化钛。

优选的是，所述步骤（1）中的所述使用液相法制备非晶态的二氧化钛的方法具体为：将第二酸性抑制剂加入到第二钛盐水溶液中，混合后反应得到所述非晶态的二氧化钛。

优选的是，所述步骤（1）中的所述第二钛盐为钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、氟钛酸铵中的一种或者几种混合物；所述第二酸性抑制剂为水杨酸和/或聚丙烯酸。

优选的是，所述步骤（1）中所述第二钛盐水溶液中的钛离子与所述第二酸性抑制剂中的氢离子的摩尔比为（1∶10）～（2∶1）。

优选的是，所述钛盐水溶液的浓度为0.05～0.5M。