[发明专利]纳米中空刺球结构的TiO2、制备方法及用于太阳能电池光阳极

摘要

一种纳米中空刺球结构的TiO₂、制备方法及其在作为染料敏化太阳能电池光阳极材料方面的应用，属于染料敏化太阳能电池领域。首先是合成SiO₂纳米球模板，然后在SiO₂纳米球表面包覆一层TiO₂，最后通过与一定浓度的NaOH水溶液的水热反应，一步去除SiO₂模板，并有效腐蚀TiO₂表面，最终得到纳米中空刺球结构的TiO₂材料。由该材料制备的光阳极薄膜组装成的太阳能电池获得5.48％的光电转化效率。该制备方法产生效率高、成本低、方法简单、实验周期短，容易实现大面积生产，并提高电池的稳定性。

主权项

一种具有纳米中空刺球结构的二氧化钛的制备方法，其步骤如下：(1)量取3～7mL正硅酸乙酯，加入到45mL乙醇中得到溶液A，磁力搅拌10～20min；(2)量取2～6mL氨水、浓度25～28wt.％，加入到由10mL去离子水与35mL乙醇组成的混合溶液中得到溶液B，磁力搅拌10～20min；(3)将溶液A加入到溶液B中，在40～60℃水浴锅中充分搅拌2～3h，得到白色悬浊液；(4)将步骤(3)中的白色悬浊液用乙醇清洗3～5遍，再将清洗过的产物放入60～80℃真空烘箱中，烘干5～10小时后取出，得SiO₂样品；(5)量取0.2～0.4g步骤(4)中所述的SiO₂样品，加入到100mL乙醇中，超声溶解10～20min得到悬浊液C；(6)量取2～3mL钛酸四丁酯，加入到100mL乙醇中，磁力搅拌5～10min得到溶液D；(7)将溶液D加入到悬浊液C中，同时加入1～2mL氨水、浓度25～28wt.％，在40～60℃水浴锅中搅拌2～4h，得到白色悬浊液；(8)将步骤(7)中的白色悬浊液用乙醇清洗3～5遍，再将洗涤过的产物放入60～80℃真空烘箱中，烘干5～10小时后取出，得直径约为400～600nm的TiO₂包覆的SiO₂样品；(9)量取0.04～0.1g步骤(8)中所述的TiO₂包覆的SiO₂样品，加入到30mL、1～5mol/L的NaOH溶液中，超声20～30min溶解，得到白色悬浊液；(10)将步骤(9)中白色悬浊液倒入内衬为聚四氟乙烯的高压反应釜中，在80～120℃下反应3～6小时，自然冷却到室温；(11)将步骤(10)中的反应产物先后用0.2～0.3mol/L HNO₃溶液和去离子水反复冲洗3～5次，把洗涤过的产物放入到60～80℃真空烘箱中，烘干5～10小时取出即得纳米中空刺球结构的TiO₂材料。