一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法与流程

文档序号:12477176阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种染料敏化太阳能电池光阳极,其特征在于,所述染料敏化太阳能电池光阳极的组织结构是在TiO2纳米管阵列上耦合光子晶体与表面等离子体得到;所述光子晶体为TiO2纳米管基光子晶体;所述表面等离子体为Au纳米颗粒;由所述TiO2纳米管和TiO2纳米管基光子晶体组成长度为10μm的管状TiO2纳米管基光子晶体/TiO2纳米管双层结构;所述Au纳米颗粒1自由分布在该TiO2纳米管基光子晶体/TiO2纳米管双层结构的管口端面和该TiO2纳米管基光子晶体/TiO2纳米管双层结构管壁的内表面与外表面上。

2.一种染料敏化太阳能电池光阳极,其特征在于,在所述TiO2纳米管基光子晶体/TiO2纳米管双层结构中,所述TiO2纳米管位于该TiO2纳米管基光子晶体/TiO2纳米管双层结构的下部,TiO2纳米管基光子晶体位于该TiO2纳米管基光子晶体/TiO2纳米管双层结构的上部;所述TiO2纳米管与TiO2纳米管基光子晶体之间无缝连接。

3.一种染料敏化太阳能电池光阳极,其特征在于,所述Au纳米颗粒分布在TiO2纳米管基光子晶体/TiO2纳米管双层结构管壁上的数量自上而下逐渐减少。

4.一种染料敏化太阳能电池光阳极,其特征在于,所述TiO2纳米管为管壁光滑的管状结构,长度为6μm;所述TiO2纳米管基光子晶体管壁分布有竹节4,该竹节的长度为4μm,相邻竹节之间的中心距为150~230nm;所述Au纳米颗粒1为球状纳米结构,平均直径为10~200nm。

5.一种制备染料敏化太阳能电池光阳极,其特征在于,具体过程是:

步骤1,Ti箔的预处理;

步骤2,TiO2纳米管基光子晶体/TiO2纳米管的制备:所述制备过程包括恒电流脉冲阳极氧化和恒压阳极氧化;

所述制备TiO2纳米管基光子晶体/TiO2纳米管是以Ti箔为基体,在该Ti箔上制备TiO2纳米管/NTPC,具体过程是:

恒电流脉冲阳极氧化:将经过预处理的Ti箔放入电解液中,以Ti作阳极,以Pt作阴极,采用恒电流脉冲阳极氧化制备TiO2纳米管基光子晶体;脉冲电流参数为:高电流为30~50mA,高电流持续时间为15~30s;低电流为0A,低电流持续时间为90s;相应脉冲周期为25~35周期,将恒电流脉冲直接转变为恒电压;

恒压阳极氧化:恒压阳极氧化制备TiO2纳米管,恒压参数为:电压60V,持续时间10~20min;得到在Ti基底上生长的TiO2纳米管基光子晶体/TiO2纳米管双层结构;

步骤3,高温烧结:将制备好的Ti基底上生长的TiO2纳米管基光子晶体/TiO2纳米管双层结构放入马弗炉中高温烧结;以1℃/min速率从50℃升温至450℃,保温3h;保温结束后以1℃/min速率降温至50℃取出,得到经过高温烧结的TiO2纳米管基光子晶体/TiO2纳米管双层结构;

步骤4,第二次恒压阳极氧化:第二次恒压阳极氧化时,恒压电压为60~70V,电压持续时间为20~40min,使TiO2纳米管基光子晶体/TiO2纳米管双层结构从Ti基底上剥离,得到TiO2纳米管/NTPC双层结构膜;

步骤5,Au纳米颗粒制备:将从Ti基底上剥落的TiO2纳米管基光子晶体/TiO2纳米管双层结构膜放如在摇匀的HAuCl4水溶液中,避光浸泡10~60min,300W太阳光模拟灯照射2~60min,取出,用去离子水、酒精冲洗晾干,得到Au纳米颗粒/TiO2纳米管基光子晶体膜;

步骤6,烧结:将得到的Au纳米颗粒/TiO2纳米管基光子晶体膜转移到FTO导电玻璃上,再次放入马弗炉中,按步骤3的方法进行高温烧结;得到与FTO稳固粘结的Au纳米颗粒/TiO2纳米管基光子晶体光阳极;

步骤7,Pt对电极制备:将浓度为5mM的氯铂酸异丙醇溶液滴加到导电玻璃上,待自然干燥后,将对电极放至马弗炉中以1℃/min的速度从室温升温至380℃并保持30min,再以3℃/min的速度降到室温,得到Pt对电极;

步骤8,组装测试电池:将制备的Au纳米颗粒/TiO2纳米管基光子晶体光阳极与Pt对电极相对,注入电解液,组装后得到测试电池。

6.如权利要求5所述制备染料敏化太阳能电池光阳极的方法,其特征在于,Ti箔的预处理时,将该Ti箔依次放在丙酮、酒精、去离子水中利用超声波清洗干净;在电压60~70V下阳极氧化10~15min后,利用超声波移除生成的纳米管;处理好后,烘干待用。

7.如权利要求5所述制备染料敏化太阳能电池光阳极的方法,其特征在于,制备TiO2纳米管基光子晶体/TiO2纳米管时所述的电解液以乙二醇为溶剂,向该乙二醇中加入体积分数为3%的去离子水,再加入质量分数为0.5%的NH4F,室温下搅拌12h得到电解液。

8.如权利要求5所述制备染料敏化太阳能电池光阳极的方法,其特征在于,制备Au纳米颗粒时,所述的HAuCl4水溶液以去离子水为溶剂,以HAuCl4为溶质;HAuCl4的浓度为0.05~10mM,室温搅拌12h;使用时向所述HAuCl4水溶液中加入甲醇;甲醇的加入量为该HAuCl4水溶液体积分数的2%。

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