一种染料敏化太阳能电池用钇掺杂二氧化钛纳米粉体及制备方法
【专利摘要】一种染料敏化太阳能电池用钇掺杂二氧化钛纳米粉体及制备方法，属于纳米材料的制备与染料敏化太阳能电池领域。本发明专利采用溶剂热的方法将钇离子掺入TiO2纳米晶，实现了光阳极在紫外光区激发向可见光区发光的目标。这不仅可以有助于解决纳米TiO2因在紫外光照射下而降解有机电解质和染料的难题，而且将紫外光的波长红移至可将光，更利于入射光的波长接近有机染料的特征波长，从而有利于发生光谐振提高器件捕获入射光的能力。通过对TiO2纳米晶进行掺杂已将太阳能电池的光电转化效率提升，器件的光电转化效率高达7.61%。
【专利说明】一种染料敏化太阳能电池用钇掺杂二氧化钛纳米粉体及制备方法
【技术领域】:
[0001]一种染料敏化太阳能电池用钇掺杂二氧化钛纳米粉体的制备方法，具体属于纳米材料制备及染料敏化太阳能电池领域。
【背景技术】:
[0002]纳米二氧化钛薄膜是组装染料敏化太阳能电池的最重要的光阳极之一，目前关于纳米二氧化钛的研究主要集中于微观结构和形貌的调控上，但由于它在紫外光区具有很强的光催化活性，易于将有机电解质溶液和有机染料降解，从而大大影响器件的稳定性。如何降低纳米二氧化钛在紫外光区的活性成为光伏届关注的焦点，其中将入射光中的部分紫外光转移至可见光区被视为解决这一问题的有效途径之一。
【发明内容】
:
[0003]本发明采用离子掺杂与溶剂热相结合的方法制备钇离子掺杂TiO2纳米颗粒，实现将部分紫外光转换为可见光的目标，将染料敏化太阳电池的光电转化效率提升了 20%，并大幅度减小紫外光对染料敏化太阳能电池的消耗，提高其稳定性。
[0004]一种介孔钇离子掺杂TiO2纳米颗粒。
[0005]本发明提供的介孔钇离子掺杂TiO2纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包含以下步骤:
[0006]以异丙醇钛(TTIP)为钛源，六水合硝酸钇(Y (NO3) 3)为钇源，三乙醇胺(ΤΕ0Α)与去离子水为溶剂，利用溶剂热法经过两步保温处理，第一步在80-120°C保温12-30h，第二步升温至120-160°C保温6-76h ;上述两步不同时为120°C。以上两个保温步骤采用更长的时间对本发明没有太大的影响。
[0007]上述所得钇离子掺杂TiO2纳米粉用乙醇与去离子水清洗、抽滤，并在空气中30-90°C 烘干。
[0008]优选TTIP物质的量浓度为0.0lM到1M，溶剂TEOA为TTIP物质的量的0.5-3倍，六水合硝酸钇为TTIP物质的量的0.5-10倍，优选0.5-5倍。
[0009]取上述介孔钇掺杂TiO2纳米粉制备光阳极，经过封装处理制备出钇离子掺杂氧化钛染料敏化太阳能电池。
[0010]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0011]采用钇离子掺杂与溶剂热处理相结合，制备出介孔钇掺杂TiO2纳米粉，钇离子掺杂TiO2纳米粉与纯TiO2纳米粉相比，实现其比表面积的增加，并形成介孔结构。应用于DSC中，实现了其组装DSC光电转换效率的提高，光电效率到达7.61%。本发明专利采用溶剂热的方法将钇离子掺入TiO2纳米晶，实现了光阳极在紫外光区激发向可见光区发光的目标。这不仅可以有助于解决纳米TiO2因在紫外光照射下而降解有机电解质和染料的难题，而且将紫外光的波长红移至可将光，更利于入射光的波长接近有机染料的特征波长，从而有利于发生光谐振提高器件捕获入射光的能力。通过对TiO2纳米晶进行掺杂已将太阳能电池的光电转化效率提升，器件的光电转化效率高达7.61%。
[0012]附表说明:
[0013]本发明共设有2个附表，现分别说明如下:
[0014]表1:实验参数表
[0015]表2:1-V测试结果
【专利附图】
【附图说明】
[0016]本发明共设有4个附图，现分别说明如下:
[0017]图1:钇离子掺杂二氧化钛光致发光谱(a)激发光谱(b)发射光谱；
[0018]图2:纯二氧化钛与介孔钇离子掺杂二氧化钛的透射电镜图:(a)二氧化钛，(b)介孔钇离子掺杂二氧化钛截面图；
[0019]图3:(a)纯二氧化钛与钇离子掺杂二氧化钛氮气吸附脱附曲线，(b)相应的空隙大小分布曲线；
[0020]图4:纯二氧化钛与钇离子掺杂二氧化钛作为光阳极制备的染料敏化电池的1-V曲线。
【具体实施方式】:
[0021]下面通过实施例结合附图进一步描述本发明，其目的在于更好地理解本发明的内容，而不是对本发明的限制。
[0022]实施例1:
[0023]取0.341g ΤΤΙΡ,Ο.895gTE0A、59.205g去离子水与0.017g的六水合硝酸钇，将此混合液放入高压釜中。经过两步保温处理，第一步在80°C保温12h，然后升温到120°C保温6h，冷却后取出钇掺杂TiO2纳米粉，用乙醇与去离子水冲洗抽滤，烘干。冷却至室温，介孔钇掺杂TiO2纳米粉制备完成。取介孔钇掺杂TiO2纳米粉制备成光阳极，经过封装处理制备出钇掺杂TiO2染料敏化太阳能电池。
[0024]实施例2:
[0025]取0.682g TTIPU.343g ΤΕ0Α、58.807g去离子水与0.051g的六水合硝酸钇，将此混合液放入高压釜中。经过两步保温处理，第一步在90°C保温20h，然后升温到130°C保温70h，冷却后取出钇掺杂TiO2纳米粉，用乙醇与去离子水冲洗抽滤，烘干。冷却至室温，介孔钇掺杂TiO2纳米粉制备完成。取介孔钇掺杂TiO2纳米粉制备成光阳极，经过封装处理制备出钇掺杂TiO2染料敏化太阳能电池。
[0026]实施例3:
[0027]取1.023g TTIPU.790g TE0A.58.410g去离子水与0.085g的六水合硝酸钇，将此混合液放入高压釜中。经过两步保温处理，第一步在100°c保温24h，然后升温到140°C保温72h，冷却后取出钇掺杂TiO2纳米粉，用乙醇与去离子水冲洗抽滤，烘干。冷却至室温，介孔钇掺杂TiO2纳米粉制备完成。取介孔钇掺杂TiO2纳米粉制备成光阳极，经过封装处理制备出钇掺杂TiO2染料敏化太阳能电池。
[0028]实施例4:[0029]取1.364g ΤΤΙΡ、2.238g ΤΕ0Α、58.012g去离子水与0.119g的四水合乙酸钇，将此混合液放入高压釜中。经过两步保温处理，第一步在110°c保温26h，然后升温到150°C保温60h，冷却后取出钇掺杂TiO2纳米粉，用乙醇与去离子水冲洗抽滤，烘干。冷却至室温，介孔钇掺杂TiO2纳米粉制备完成。取介孔钇掺杂TiO2纳米粉制备成光阳极，经过封装处理制备出钇掺杂TiO2染料敏化太阳能电池。
[0030]实施例5:
[0031]取8.530g TTIP.8.952g TE0A.43.1OOg去离子水与0.171g的八水合硫酸钇，将此混合液放入高压釜中。经过两步保温处理，第一步在120°C保温30h，然后升温到160°C保温76h，冷却后取出钇掺杂TiO2纳米粉，用乙醇与去离子水冲洗抽滤，烘干。冷却至室温，介孔钇掺杂TiO2纳米粉制备完成。取介孔钇掺杂TiO2纳米粉制备成光阳极，经过封装处理制备出钇掺杂TiO2染料敏化太阳能电池。
[0032]附表:
[0033]表1实验参数列表
[0034]
【权利要求】
1.一种介孔钇离子掺杂TiO2纳米颗粒。
2.一种介孔钇离子掺杂TiO2纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:以异丙醇钛(TTIP)为钛源，六水合硝酸钇(Y(NO3)3)为钇源，三乙醇胺(TEOA)与去离子水为溶剂，利用溶剂热法经过两步保温处理，第一步在80-120°C保温12-30h，第二步升温至120-160°C保温6-76h，上述两步不同时为120°C。
3.按照权利要求2的制备方法，其特征在于，TTIP物质的量浓度为0.0lM到1M。
4.按照权利要求2的制备方法，其特征在于，溶剂TEOA为TTIP物质的量的0.5-3倍。
5.按照权利要求2的制备方法，其特征在于，六水合硝酸钇为TTIP物质的量的0.5-10倍。
6.按照权利要求2的制备方法，其特征在于，六水合硝酸钇为TTIP物质的量的0.5-5倍。
7.介孔钇离子掺杂TiO2纳米颗粒用于染料敏化太阳能电池。
8.介孔钇离子掺杂TiO2纳米颗粒用于染料敏化太阳能电池的光阳极。
【文档编号】B82Y40/00GK103928238SQ201410143834
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月10日 优先权日:2014年4月10日
【发明者】王金淑, 李洪义, 赵冰心, 王鸿, 苏鹏磊, 张志忻, 贾新建 申请人:北京工业大学