[发明专利]一种分等级结构二氧化钛空心微米球的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

说明书

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种分等级结构TiO₂空心微米球的简易制备和在染料敏化太阳能电池中的应用。本发明利用三聚氰胺和锡酸钾共同作为表面活性剂，协同调节表面形貌，得到形貌均一，比表面积高达200m² g^‑1的TiO₂微米球。当作为染料敏化太阳能电池光阳极散射层时，以N719为敏化剂，在100mW/cm²的光强、AM1.5条件下，取得了8.70%的光电转化效率，与不添加散射层的商业化TiO₂光阳极的6.79%相比，提高了28.1%。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种分等级结构TiO₂空心微米球的简易制备和在染料敏化太阳能电池中的应用。

背景技术

染料敏化太阳能电池以其工艺简单、成本低廉、稳定性良好、光电转化效率较高等诸多优势，成为硅基太阳电池最有竞争的替代者之一，有望广泛应用于实际生活中。所以，染料敏化太阳能电池的研究得到了许多科研工作者的关注。从目前的研究结果来看，TiO₂是性能最优越的光阳极材料。TiO₂是一种宽禁带半导体，带隙为3.2 eV，纳米尺寸的TiO₂在染料吸附、电荷分离及传输等方面都显示了优异的性能。除此之外，TiO₂具有较好的化学稳定性，能耐强酸强碱，这对电池器件的长期稳定性来说是十分重要的。近年来，分等级结构的TiO₂因其比表面积大和散射作用强等优势成为新一轮的研究热点。但是，一般分等级结构TiO₂的制备比较复杂，重现性低，且制备得到的样品比表面积和散射效果不太理想。

TiO₂光阳极材料因其优越的电化学性能，引起了广泛的研究。分等级结构的TiO₂材料的制备和应用是当前研究中的一个热门话题。目前还尚未有利用三聚氰胺和锡酸钾协同作用，通过一步水热法制备得到表面由TiO₂纳米片插成的分等级微米球应用在染料敏化太阳能电池光阳极散射层中的相关专利报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分等级结构TiO₂空心微米球的简易制备和在染料敏化太阳能电池中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明首次利用三聚氰胺和锡酸钾共同作为表面活性剂，协同调节表面形貌，得到形貌均一，比表面积高达200 m² g^-1的TiO₂微米球。当作为染料敏化太阳能电池光阳极散射层时，以N719为敏化剂，在100mW/cm²的光强、AM1.5条件下，取得了8.70%的光电转化效率，与不添加散射层的商业化TiO₂光阳极的6.79% 相比，提高了28.1%。

分等级TiO₂微米球合成方法：取15mL-25mL 异丙醇置于容积为100mL烧杯中，依次加入4mL-8mL 乙酰丙酮，0.3-0.6mmol 三聚氰胺以及0.2-0.4mmol 锡酸钾，搅拌10min左右，使烧杯中各药品充分混合。随后，用移液枪取0.5-1.5mL钛酸四丁酯，逐滴加入到烧杯中，继续搅拌30min。将烧杯中溶液转移到高压反应釜中，置于180-200℃烘箱中恒温反应8-16h，得到淡黄色沉淀。将淡黄色沉淀离心分离，用去离子水和乙醇各洗涤2次后得到分等级TiO₂微米球。最后利用马弗炉以2℃/min的速率升温至400-500℃恒温2h-3h煅烧分等级TiO₂微米球以提高其结晶性。

微米球浆料和光阳极膜的制备：