[发明专利]一种空心材料CeO2@TiO2的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及染料敏化太阳能电池光阳极材料的制备、应用技术领域。

背景技术

进入新世纪，伴随着全球经济的持续快速发展，人类对能源的需求量与日俱增，能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质保障。以资源有限，污染严重的化石能源为主的能源结构，将逐步转变为以资源无限，清洁干净的可再生能源为主的多样化，复合型的能源结构，发展太阳能电池将是新能源开发中的重要组成部分，也是保障国家能源与环境安全，促进国家经济与社会可持续发展必然的战略选择。与其他太阳能电池相比，染料敏化太阳能电池的优势十分明显，其工艺简单，实用化前景好，成本低等。染料敏化太阳能电池因以上特点其应用领域变得十分广泛，并呈现出巨大的社会效益。

染料敏化太阳能电池由导电基底、光阳极、对电极、染料敏化剂、电解质等几部分构成，其中光阳极作为光敏化剂的载体和收集电子和传输电子的介质是染料敏化太阳能电池的最核心部分。对于纳米材料，中空的微/纳米结构因为其独特的结构赋予他们独特的性质：比表面积大，优越的光散射效应等。在所有之前的报道中空材料，二氧化钛空心球因为其高比表面积，对染料的吸附好，优越的光散射效应成为染料敏化太阳能电池一个很重要的光阳极材料。直到目前，已经通过很多方式来改善二氧化钛空心球作为染料敏化太阳能电池光阳极材料的性能。纳米CeO₂@TiO₂材料由于具有能带结构与染料敏化太阳能电池其他组成部分相匹配、电导率高、形貌特殊，使其成为一种重要的染料敏化太阳能电池光阳极材料。中空结构CeO₂@TiO₂材料的复合，其具有较高的比表面积，吸附染料的能力强，从而能吸收更多的可见光。而且此材料的复合能减少其结晶度，保持了二氧化钛在高温煅烧中的相对稳定性。

但从目前来看，现有技术中还没有将中空结构CeO₂@TiO₂光阳极材料用于染料敏化太阳能电池的报道。

发明内容

本发明目的是为了提供一种生产工艺简单，设备成本低，能耗小，能有效提高太阳能电池光电转换效率的一种空心结构CeO₂@TiO₂染料敏化太阳能电池光阳极材料的制备方法。

本发明通过下述步骤制备得到：

1）制备碳（Carbon缩写为C）小球：将葡萄糖溶于去离子水中，形成葡萄糖水溶液，再将葡萄糖水溶液置于高压反应釜中在180℃的温度环境下进行水热反应，反应结束后，冷却至室温，分离出固相后经离心洗涤后，在80℃温度下烘干，得到碳小球；

2）将碳小球在去离子水中超声分散，得到碳小球分散液；

3）在超声条件下，将浓度为0.5 M的硝酸铈水溶液加入碳小球分散液中，得到硝酸铈和碳小球的混合溶液；

4）将硝酸铈和碳小球的混合溶液置于高压反应釜中在160℃的温度环境下进行水热反应；

5）待水热反应结束后，冷却至室温，取固相物经离心洗涤后，在80℃温度下烘干，得到实心材料C@CeO₂；

6）将实心材料C@CeO₂、羟丙基纤维素（HPC）和去离子水（DIW）分散于无水乙醇中，得到实心材料C@CeO₂和羟丙基纤维素（HPC）的分散液；

7）将实心材料C@CeO₂和羟丙基纤维素（HPC）的分散液在超声条件下搅拌均匀，得到实心材料C@CeO₂分散液；

8）将钛酸四丁酯（TBOT）与乙醇混合，形成钛酸四丁酯与乙醇的混合溶液；

9）将钛酸四丁酯与乙醇的混合溶液滴加到实心材料C@CeO₂分散液中，经搅拌，形成混合溶液；

10）将混合溶液升温至80℃，回流100 min；

11）回流结束后，冷却至室温，分离取得固相物，再将固相物离心洗涤，在70℃温度下烘干，得到实心材料C@ CeO₂@TiO₂；

12）将实心材料C@CeO₂@TiO₂置于煅烧炉中，以10℃/min的升温速率将温度升温至500℃后保持1h，得到空心结构材料CeO₂@TiO₂。