[发明专利]一种铁电/TiO2纳米晶复合薄膜及其制备方法和在敏化太阳能电池中的应用

说明书

技术领域

本发明属于敏化太阳能电池领域，具体涉及一种铁电/TiO₂纳米晶复合薄膜以及制备方法和在敏化太阳能电池中的应用。

背景技术

近年来，敏化太阳能电池已经成为光电化学领域最引人瞩目的研究热点之一，并且已经取得了很好的研究成果。但是，目前敏化太阳能电池的光电转换效率(12.3％)仍然很低，已成为该技术实用化的一个难点，其中的一个主要因素在于：敏化太阳能电池光电极薄膜中不存在内建电场，光生电子-空穴的分离和传输驱动力不足，导致界面电荷复合效应显著。

针对界面电荷复合效应，目前国内外提出的改良方法主要有两种，分别是半导体纳米晶表面钝化和光阳极材料有序阵列。半导体纳米晶表面钝化通常是在半导体纳米晶薄膜表面镀覆一层更宽带隙的金属氧化物薄膜，从而降低注入电子至电子受主反向迁移速率来抑制电荷复合。但在高效率电池中，半导体金属氧化物薄膜层会影响电子注入到光阳极导带，造成光电流的减小。而纳米阵列电极材料具有有序结构且垂直电极表面，在一定程度上减少了电荷在电极材料中的传输路径，降低界面复合效应，但该方法工艺相对复杂且成本较高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于一种铁电/TiO₂纳米晶复合薄膜及其制备方法和在敏化太阳能电池中的应用，该发明方法简单，成本低廉，通过制备铁电/TiO₂纳米晶复合薄膜作为光阳极，在光阳极薄膜中引入由铁电偶极子产生的电场，可有效分离光生电子-空穴对，降低界面电荷复合效应，增强电子的活动度和寿命，从而提高敏化太阳能电池的光电转换效率。

为实现上述发明目的，具体提供了如下的技术方案：

1、一种铁电/TiO₂纳米晶复合薄膜，所述薄膜中包括铁电纳米晶颗粒和TiO₂纳米晶颗粒。

优选的，所述铁电纳米晶颗粒为LiNbO₃纳米晶颗粒。

进一步优选的，所述薄膜中铁电纳米晶颗粒占比为0.5-1.5wt％。

2、一种铁电/TiO₂纳米晶复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：

1)将铁电纳米晶颗粒分散在无水乙醇中形成铁电纳米晶颗粒浆料，TiO₂纳米晶颗粒分散在具有乙酸、乙醇、松油醇的混合溶液中形成TiO₂浆料；

2)将步骤1)配制而成的浆料混合进行磁力搅拌和超声，加入乙基纤维素形成混合浆料；

3)将混合浆料刮涂在衬底上烘干形成薄膜。

优选的，所述一种铁电/TiO₂纳米晶复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：

1)将1.0ml乙酸、3.5ml乙醇、20g松油醇和6.0g TiO₂研磨加磁力搅拌配制TiO₂浆料，向20ml无水乙醇中分散0.03～0.09gLiNbO₃形成浆料；

2)将步骤1)配制而成的浆料混合进行磁力搅拌和超声，加入3.0g乙基纤维素形成混合浆料；

3)用刮刀将浆料刮涂在衬底上，进一步烘干形成薄膜。

进一步优选的，所述步骤3)通过在衬底边缘固定透明胶带控制薄膜厚度。

优选的，步骤3)所述衬底为FTO导电玻璃，所述烘干方式为在120℃条件下烘干30min，然后在450℃保温60min，去除有机物。

3、一种铁电/TiO₂纳米晶复合薄膜在敏化太阳能电池中的应用，首先将铁电纳米晶复合薄膜进行敏化处理，然后将复合薄膜作为敏化太阳能电池的光阳极。

优选的，所述铁电/TiO₂纳米晶复合薄膜为LiNbO₃/TiO₂纳米晶复合薄膜。

进一步优选的，所述铁电/TiO₂纳米晶复合薄膜厚度为10～14μm。