染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种太阳能电池光阳极的制备方法。
【背景技术】
[0002]1102基染料敏化太阳能电池禁带宽度较大(锐钛矿相1102为3.2eV)，只能吸收紫外区域的光，导致其对太阳光的利用率低；Ti02自身大量的表面态及氧空位引发严重的界面光生载流子的复合，以及较宽的带隙造成的光生电子由染料注入1102导带的效率低，限制了电池光电转换效率的提高。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了解决Ti02基染料敏化太阳能电池在可见光区吸收范围小，Ti02自身大量的表面态及氧空位引发严重的界面光生载流子的复合，以及较宽的带隙造成的光生电子由染料注入Ti02导带的效率低，限制了电池光电转换效率提高的问题，而提供了一种基于花瓣状N，F共掺Ti02染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法。
[0004]本发明的一种基于花瓣状N，F共掺Ti02染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法是按以下步骤进行:
[0005]—、在搅拌条件下，将钛酸四丁酯加入乙醇中，得到钛酸四丁酯的乙醇溶液；
[0006]所述的钛酸四丁酯与乙醇的体积比为1: (2?3);
[0007]二、在搅拌条件下，以50滴/分钟?80滴/分钟的速度，将钛酸四丁酯的乙醇溶液滴入到含有氟离子的去离子水中，滴加后调节溶液的pH值为5?6，得到初产物；
[0008]所述的初产物中Ti元素与F元素的摩尔比为1: (0.01?6);
[0009]三、将初产物置于水热釜中，在水热温度为150°C?200°C的条件下，水热反应12h?36h，得到水热反应产物，将水热反应产物自然冷却至室温，并通过离心分离出黄色沉淀物，然后在离心速度为3000rpm?15000rpm的条件下，依次用去离子水和无水乙醇对黄色沉淀物清洗2次?5次，再将清洗后的沉淀物置于温度为80°C?120°C的真空干燥箱中，干燥lh?5h，最后将干燥后的沉淀物置于马弗炉中，在温度为300 °C?600 °C的条件下，煅烧0.5h?4h，煅烧后冷却至室温，得到N，F共掺Ti02花瓣状粉体；
[0010]四、将N，F共掺Ti02花瓣状粉体、乙基纤维素、松油醇和乙醇混合，搅拌均匀，得到N, F共掺Ti02浆料；
[0011]所述的N，F共掺1102花瓣状粉体与乙基纤维素的质量比为1: (0.1?0.5);所述的N，F共掺Ti02花瓣状粉体与松油醇的质量比为1: (2?7);所述的N，F共掺T1 2花瓣状粉体与乙醇的质量比为1: (2?5)；
[0012]五、将Ti02P25、乙基纤维素、松油醇和乙醇混合，搅拌均匀，得到P25浆料；
[0013]所述的Ti02P25与乙基纤维素的质量比为1: (0.1?0.5);所述的Ti02P25与松油醇的质量比为1: (2?7);所述的Ti02P25与乙醇的质量比为1: (2?5);
[0014]六、利用200目?300目的丝网先对P25浆料进行丝网印刷法涂膜，得到P25薄膜，再在P25薄膜上利用200目?300目的丝网对N，F共掺Ti02浆料进行丝网印刷法涂膜，得到负载在P25薄膜上的N，F共掺Ti02薄膜，以1°C /分钟的升温速率，将负载在P25薄膜上的N，F共掺Ti02薄膜升温至400 °C?600°C，并在温度为400°C?600°C下，保温lOmin?60min，得到基于花瓣状N，F共掺Ti02染料敏化太阳能电池光阳极；
[0015]所述的负载在P25薄膜上的N，F共掺Ti02薄膜中P25薄膜与N，F共掺T1 2薄膜的厚度比为1:(0.2?1);
[0016]所述的负载在P25薄膜上的N，F共掺Ti02薄膜中N，F共掺T1 2薄膜的厚度为6 μ m。
[0017]本发明包含以下有益效果:
[0018]1、N，F双掺Ti02光阳极材料，扩大了 T1 2在可见光区的响应范围，提高对太阳光的利用率；
[0019]2、N，F双掺Ti02可以使T1 2的禁带宽度减小，平带电位正移，Fermi能级下降，电子注入的驱动力增大，有利于短路电流的增加；
[0020]3、花瓣状N，F双掺Ti02增强了对入射光的散射作用，增强了对太阳光的捕获率；
[0021]4、基于花瓣状N，F共掺Ti02染料敏化太阳能电池内电子传输能力提高，光生载流子的复合被抑制，有利于提高电池中电荷收集效率。
[0022]5、测试发现基于花瓣状N，F共掺Ti02染料敏化太阳能电池的光电转换效率为8.0%?8.2%，短路电流为21.45mA/cm2?21.84mA/cm2，和1102染料敏化太阳能电池相比，光电流提高了 49%?52%，电池效率提升了 19%?22%。
【附图说明】
[0023]图1为实施例一步骤三制备的N，F共掺Ti02花瓣状粉体放大22000倍的扫描电镜照片；
[0024]图2为实施例一步骤三制备的N，F共掺Ti02花瓣状粉体放大4000倍的扫描电镜照片；
[0025]图3为紫外可见光谱图，1为实施例一步骤三制备的N，F共掺Ti02花瓣状粉体，2为 Ti02P25 ；
[0026]图4为禁带宽度曲线，1为实施例一制备的基于花瓣状N，F共掺Ti02染料敏化太阳能电池光阳极，2为对比实验步骤二得到的Ti02染料敏化太阳能电池光阳极；
[0027]图5为表面光电压曲线，1为实施例一制备的基于花瓣状N，F共掺1102染料敏化太阳能电池光阳极，2为对比实验步骤二得到的Ti02染料敏化太阳能电池光阳极；
[0028]图6为平带电压曲线，1为实施例一制备的基于花瓣状N，F共掺Ti02染料敏化太阳能电池光阳极，2为对比实验步骤二得到的Ti02染料敏化太阳能电池光阳极；
[0029]图7为漫反射谱，1为实施例一制备的基于花瓣状N，F共掺1102染料敏化太阳能电池光阳极，2为对比实验步骤二得到的Ti02染料敏化太阳能电池光阳极；
[0030]图8为暗态条件下的交流阻抗谱图，1为实施例二制备的基于花瓣状N，F共掺Ti02染料敏化太阳能电池，2为对比实验制备的Ti02染料敏化太阳能电池；
[0031]图9为在模拟1.5G太阳光下的短路电流与开路电压曲线，1为实施例二制备的基于花瓣状N，F共掺1102染料敏化太阳能电池，2为对比实验制备的T1 2染料敏化太阳能电池。
【具体实施方式】
[0032]【具体实施方式】一:本实施方式的一种基于花瓣状N，F共掺Ti02染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法是按以下步骤进行:
[0033]—、在搅拌条件下，将钛酸四丁酯加入乙醇中，得到钛酸四丁酯的乙醇溶液；
[0034]所述的钛酸四丁酯与乙醇的体积比为1: (2?3);
[0035]二、在搅拌条件下，以50滴/分钟?80滴/分钟的速度，将钛酸四丁酯的乙醇溶液滴入到含有氟离子的去离子水中，滴加后调节溶液的pH值为5?6，得到初产物；
[0036]所述的初产物中Ti元素与F元素的摩尔比为1: (0.01?6);
[0037]三、将初产物置于水热釜中，在水热温度为150°C?200°C的条件下，水热反应12h?36h，得到水热反应产物，将水热反应产物自然冷却至室温，并通过离心分离出黄色沉淀物，然后在离心速度为3000rpm?15000rpm的条件下，依次用去离子水和无水乙醇对黄色沉淀物清洗2次?5次，再将清洗后的沉淀物置于温度为80°C?120°C的真空干燥箱中，干燥lh?5h，最后将干燥后的沉淀物置于马弗炉中，在温度为300 °C?600 °C的条件下，煅烧0.5h?4h，煅烧后冷却至室温，得到N，F共掺Ti02花瓣状粉体；
[0038]四、将N，F共掺Ti02花瓣状粉体、乙基纤维素、松油醇和乙醇混合，搅拌均匀，得到N, F共掺Ti02浆料；
[0039]所述的N，F共掺1102花瓣状粉体与乙基纤维素的质量比为1: (0.1?0.5);所述的N，F共掺Ti02花瓣状粉体与松油醇的质量比为1: (2?7);所述的N，F共掺T1 2花瓣状粉体与乙醇的质量比为1: (2?5)；
[0040]五、将Ti02P25、乙基纤维素、松油醇和乙醇混合，搅拌均匀，得到P25浆料；
[0041]所述的Ti02P25与乙基纤维素的质量比为1: (0.1?0.5);所述的Ti02P25与松油醇的质量比为1: (2?7);所述的Ti02P25与乙醇的质量比为1: (2?5);
[0042]六、利用200目?300目的丝网先对P25浆料进行丝网印刷法涂膜，得到P25薄膜，再在P25薄膜上利用200目?300目的丝网对N，F共掺Ti02浆料进行丝网印刷法涂膜，得到负载在P25薄膜上的N，F共掺Ti02薄膜，以1°C /分钟的升温速率，将负载在P25薄膜上的N，F共掺Ti02薄膜升温至400 °C?600°C，并在温度为400°C?600°C下，保温lOmin?60min，得到基于花瓣状N，F共掺Ti0