[发明专利]一种多酸修饰的二氧化钛纳米材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种多酸改性的二氧化钛的制备方法，制备包括以下步骤：首先，将一定比例的去离子水、钛酸四丁酯、三乙胺以及冰醋酸置于反应釜中反应，得反应物后加入适当浓度硫酸水溶液反应，过滤洗涤干燥，即得所述多酸改性的二氧化钛。将上述改性后的二氧化钛材料用于制备PSCs介孔层，得到的PSCs光电转化效率提升的同时，也显著改善了介观型PSCs的热稳定性。本发明提供的方法简单，无需掺杂额外的元素，制备得到的PSCs的性能优良，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及太阳能电池制备技术领域，具体涉及一种多酸修饰的二氧化钛纳米材料及其合成方法，以及其在制备介观型钙钛矿太阳能电池介孔层中的应用。

背景技术

随着人类对能源的需求日益增长，传统的化石燃料的应用也更加广泛。然而，不可再生的化石燃料的过度使用也带来了不少问题，如能源危机，环境污染等。在诸多的新能源中，太阳能以其资源丰富，绿色、环保且基本不受地理位置限制而受到广泛的关注。

钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells，简称PSCs)作为新一代太阳能电池，自被发现以来，一直都是研究热点。经过众多研究学者的不懈努力，目前钙钛矿的电池效率由最初的3.8％提高很多，性能可以与实验室条件下的晶体硅太阳能电池相媲美，且与晶体硅太阳能电池相比，新型的PSCs的制作工艺简单，成本更低，理论光电转化效率更高。

PSCs有多种结构，其中最典型的两种结构是介观型和平板型。本发明主要研究的是介观型PSCs，该结构主要包括导电玻璃衬底、电荷传输层、介孔层、钙钛矿层、空穴传输层以及对电极。目前，大多数介观型PSCs都采用TiO₂作为介孔层。与其他半导体材料相比，TiO₂具有禁带宽度较高、光催化活性和光电性能好、无毒，且成本低廉的优点。但以其作为介孔层时，钙钛矿电池的电荷传输性能和稳定性不佳，影响钙钛矿电池的使用寿命和使用性能。专利文献CN111509063A报道了一种铌掺杂的二氧化钛纳米材料用于制作PSCs介孔层的方法，但需掺杂其他元素进行改善。

发明内容

针对现有技术中钙钛矿电池中采用单一TiO₂材料作为介孔层时，钙钛矿层和TiO₂层之间电荷传输和界面电荷转移行为差的问题，本发明的目的在于提供一种多酸修饰的二氧化钛纳米材料及其制备方法，本发明备方法简单，无需掺杂额外的元素，且制备得到的PSCs光转化效率高，稳定性好。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种多酸修饰的二氧化钛纳米材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)冰醋酸修饰的二氧化钛纳米颗粒的制备：向容器中依次加入去离子水、钛酸四丁酯和三乙胺，搅拌均匀得溶液A；然后向溶液A中加入冰醋酸并搅拌均匀，得溶液B；随后将所得溶液B转移至反应釜中进行水热反应，反应完成后冷却至室温，依次经离心、洗涤处理，即得冰醋酸修饰的二氧化钛纳米颗粒；

(2)多酸修饰的二氧化钛纳米材料的制备：将步骤(1)制备得到的冰醋酸修饰的二氧化钛纳米颗粒分散到蒸馏水中，保持搅拌，直至得到均一的白色悬浮液；然后向所述白色悬浮液中加入硫酸溶液，搅拌均匀后转移至反应釜中进行水热反应，反应完成后冷却至室温，依次经离心、洗涤、干燥处理，即得多酸修饰的二氧化钛纳米材料。

优选的，步骤(1)中钛酸四丁酯、三乙胺、冰醋酸的体积比为5～20：1.5～2：1～1.5。

优选的，步骤(1)中加入冰醋酸后的搅拌时间为15-20min。

优选的，步骤(1)中反应温度为180～250℃，反应时间为16～36h。

优选的，步骤(2)中加入硫酸溶液后的搅拌时间为25-30min。

优选的，步骤(2)中所述硫酸溶液的浓度为0.05～0.15mol/L。