[发明专利]TiO2微球及其TiO2基光阳极染料敏化太阳能电池的制备方法

摘要

一种TiO₂微球及其TiO₂基光阳极染料敏化太阳能电池的制备方法。本发明由一维纳米棒自组装形成三维微球结构，具体涉及TiO₂晶种生长及两相合成方法，通过控制反应时间、反应温度以及反应原料的量控制微球尺寸及比表面积大小，从而得到高比表面的纳米棒自组装微球结构。本发明将所制备的高比表面的QTiO₂应用于染料敏化太阳能电池光阳极领域中，该微球结构在420～800nm之间具有强散射性能，能够有利于光阳极对于光子的捕获，利用其粒子的散射性及其纳米棒结构提供的快速电子传输通道从而对市售20～30nm的锐钛矿型TiO₂纳米粒子(P25)所制备的光阳极进行优化改进，增强了光散射性能，促进电子传输及抑制电子复合，得到了高达8.62％的光电转化效率。

主权项

1.一种光电转化效率为8.6％的TiO2基光阳极染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤如下：步骤一、光阳极FTO玻璃衬底的清洗及TiCl4前处理：光阳极FTO玻璃衬底分别用洗洁剂、去离子水、异丙醇、丙酮和紫外臭氧处理15～120分钟以获得干净的表面；洗净后的FTO玻璃衬底浸入0.04mol/L的TiCl4水溶液中，在65～75℃下静置25～35min，用蒸馏水和乙醇各清洗1～2次，对电极FTO玻璃衬底通过玻璃打孔器钻出直径1mm的小孔，将对电极FTO玻璃衬底进行煅烧处理，煅烧过程为程序控温升温至450℃，保持15min，备用；步骤二、TiO2浆料的制备：取0.05～0.15g乙基纤维素加入到2～4mL乙醇中，搅拌0.5～1.5h，并超声10～20min，使得其完全溶于乙醇中，称量0.1～0.3g P25加入溶液中，同时称量0.02～0.2g QTiO2加入溶液中，并且滴加0.8～0.82mL的松油醇，超声25～35min，45℃搅拌2h，60℃搅拌1h，使得浆料达到粘稠至半凝固状；步骤三、光阳极的组装：取前处理好的FTO玻璃衬底置于模板下，通过刮刀法将步骤二所制备的浆料均匀的涂抹在FTO玻璃衬底表面，并且通过程序升温煅烧使得成膜更加致密均匀，煅烧后的光阳极在77～83℃时浸入N719染料中，静置24h，取出后乙醇清洗1～2次，去除未吸附的N719染料；步骤四、对电极的制备：将煅烧处理后的对电极FTO玻璃衬底用胶带固定未打孔一端，在导电面上滴加一滴氯铂酸溶液，静置10～15min后，再进行煅烧处理；步骤五、染料敏化太阳能电池整体组装：通过沙林膜热封电池从而对染料敏化太阳能电池进行整体封装，切割长宽0.9*0.9cm2大小的沙林膜，中心处切出长宽0.5*0.5cm2大小的空格，在86～92℃进行热封，热封完成后，对其注入I‑/I3‑电解液，通过真空泵进行抽真空使得电解液注入，即得到TiO2基光阳极染料敏化太阳能电池；所述QTiO2为纳米棒自组装金红石相TiO2微球，纳米棒自组装金红石相TiO2微球的制备方法如下：取4～6mL钛酸四丁酯及1～2mL浓盐酸于100mL烧杯中，搅拌速度320r/min下搅拌12～17min，移液枪取0.7～1.3mL浓度为2mol/L的四氯化钛溶液，逐滴加入到溶液中，确保过程中没有产生沉淀，搅拌8～12min后，加入21～28mL甲苯并在搅拌速度800r/min下搅拌1.5～2.5h，将混合液移至50mL反应釜中在140～160℃下反应3～5h，用蒸馏水、乙醇各清洗2～3次，离心后干燥22～26h，得到纳米棒自组装金红石相TiO2微球。