一种基于BiWCo多酸盐的染料敏化太阳能电池光阳极的制备及性能研究

本发明涉及一种太阳能电池光阳极的制备及性能研究

背景技术：

1、传统染料敏化太阳能电池对可见光区的能量利用少，使得电池的吸收光谱与太阳光谱不匹配，限制了电池效率的提升。

2、多酸盐在可见光区有较好的吸收，因此将多酸盐材料用于太阳能电池的光阳极中能够增强电池的光响应范围，提高电池对太阳光的利用率，从而提高电池的光电转换效率。但是，由于多酸盐粉体的导电性较差，将其用于太阳能电池当中会充当光生载流子的复合中心，严重的界面复合反应会阻碍电子的传输，减小光电流，使得电池的光电转换效率下降。

技术实现思路

1、本发明主要是解决tio2基染料敏化太阳能电池在可见光区吸收强度弱，tio2本身存在大量的缺陷态引发严重的界面光生载流子的复合，以及带隙较宽所造成的光生电子由染料注入tio2导带效率低，限制了电池光电转换效率提高的问题。

2、本发明的一种基于杂多酸biwco修饰tio2的染料敏化太阳能电池光阳极的制备及性能研究，它涉及一种太阳能电池光阳极的制备方法是按照以下步骤进行：

3、步骤一：使用溶胶-凝胶法制备二氧化钛纳米颗粒。将50～150ml去离子水，0.2～0.5ml hno3和0～3g biwco混合并剧烈搅拌。0.01～0.05m钛酸四丁酯缓慢滴入到上述混合溶液中，剧烈搅拌。然后，将所得的混合溶液放入80～100℃水浴锅加热4～8h，得到溶胶状的混合物。将所得的混合物转移到水热反应釜在150～200℃烘箱中反应，水热时间是12～24h，反应完后将反应釜自然冷却至室温。反应结束后，收集产物，并用去离子水和绝对乙醇洗四次，通过离心分离出白色的沉淀物，离心速度为4000～15000rpm，分别用去离子水和无水乙醇反复洗涤沉淀3～6次，然后将沉淀物置于在80℃真空干燥箱中干燥2～6h，最后放于马弗炉中在300～600℃下煅烧1～5h，冷却至室温，即得到biwco/tio2粉体。

4、步骤二：将步骤一中所得的biwco/tio2粉体与商品化的p25混合均匀，其中biwco/tio2粉体与商品化的p25混合质量比为1:(1～20)。放入马弗炉中100～500℃下煅烧1～5h，冷却至室温，即得到biwco/tio2:p25粉体。

5、步骤三：将步骤二中得到的biwco/tio2:p25粉体与一定量的乙基纤维素、松油醇、乙醇均匀混合搅拌，制成浆料，使用250目丝网对浆料进行丝网印刷，印刷3～10层biwco/tio2:p25薄膜，p25是一种粒径为20～25nm的商品化的tio2，在光阳极制备领域被普遍使用作为空白对比样，将制得的光阳极放入马弗炉中，以1℃/分钟的升温速率升至400～550℃，保温0.5～1h，即得到基于多酸盐biwco修饰tio2的染料敏化太阳能电池光阳极。其中biwco/tio2:p25粉体与乙基纤维素、松油醇、乙醇混合比例为1:0.1～0.5:2～7:2～5。

6、本发明制备了一种biwco修饰tio2粉体的染料敏化太阳能电池光阳极，与传统的染料敏化光阳极组成的电池相比，这种光阳极组成的太阳能电池具有以下优势：

7、1.biwco修饰tio2光阳极材料，增强了tio2在可见光区的响应范围，提高对太阳光的利用率；

8、2.biwco修饰tio2可以使tio2的禁带宽度减小，平带电位正移，fermi能级下降，增大电子注入的驱动力，有利于短路电流的增加；

9、3.biwco修饰tio2光阳极薄膜内，电子传输能力得到增强，光生载流子的复合被有效抑制，有利于提高电池中电荷收集效率。

10、4.这种biwco修饰tio2粉体的光阳极电池能够抑制光生载流子的复合反应，延长电池中载流子寿命，减小暗电流，有利于提高电池效率。

11、5.基于以上特性，biwco修饰tio2光阳极电池的光电转换效率为8.16％，短路电流为17.13ma/cm2，和空白电池相比，光电流提高了31％，电池效率提升了28％。

技术特征：

1.一种基于多酸盐biwco修饰tio2光阳极的染料敏化太阳能电池的制备及性能研究，它涉及一种太阳能电池光阳极的制备方法是按照以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的基于多酸盐biwco修饰tio2粉体的染料敏化太阳能电池光阳极的制备，它涉及一种太阳能电池光阳极的制备方法，其特征在于步骤一中所述的将biwco溶于去离子水中制成biwco的水溶液，其中biwco为0.1g，去离子水为60ml。

3.根据权利要求1所述的基于多酸盐biwco修饰tio2粉体的染料敏化太阳能电池光阳极的制备，它涉及一种太阳能电池光阳极的制备方法，其特征在于步骤一中所述的将硝酸滴入去离子水和biwco的混合溶液中，其中60ml去离子水中溶解的硝酸为0.42ml。

4.根据权利要求1所述的多酸盐biwco修饰tio2粉体的染料敏化太阳能电池光阳极的制备，它涉及一种太阳能电池光阳极的制备方法，其特征在于步骤一中所述的异丙醇钛逐滴滴加到上述混合溶液中，剧烈搅拌，其中异丙醇钛为0.03m，异丙醇钛的滴速约为60滴/分钟。

5.根据权利要求1所述的多酸盐biwco修饰tio2粉体的染料敏化太阳能电池光阳极的制备，其特征在于步骤一中所述的混合溶液的水浴温度为90℃，加热时间4h，加热终点为溶液体积剩余20ml。

6.根据权利要求1所述的基于biwco修饰tio2粉体的染料敏化太阳能电池光阳极的制备，其特征在于步骤一中所述的将初产物转移到水热釜中进行水热反应，水热温度为200℃，水热时间是16小时，完毕后将得到的产物自然冷却至室温，通过离心分离出白色的沉淀物，离心速度为12000rpm，用去离子水和无水乙醇反复清洗沉淀4次，然后将沉淀物置于在80℃真空干燥箱中干燥2小时，最后放于马弗炉中500℃下煅烧2小时，冷却至室温，即得到biwco/tio2粉体。

7.根据权利要求1所述的基于biwco修饰tio2粉体的染料敏化太阳能电池光阳极的制备，其特征在于步骤二中所述的将biwco/tio2粉体与购买的p25混合质量比为4：6。

8.根据权利要求1所述的一种基于biwco修饰tio2粉体的染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，其特征在于步骤二中所述的马弗炉中500℃下煅烧2小时。

9.根据权利要求1所述的一种基于biwco修饰tio2粉体的染料敏化太阳能电池光阳极的制备，其特征在于步骤三中所述的以1℃/分钟的升温速率升至500℃，保温0.5小时。

10.根据权利要求1所述的一种基于biwco修饰tio2粉体的染料敏化太阳能电池光阳极的制备，其特征在于步骤三中所述的biwco/tio2:p25粉体与乙基纤维素、松油醇、乙醇混合比例为1:0.27:4.68:2.98。

技术总结
一种基于BiWCo多酸盐的染料敏化太阳能电池光阳极的制备及性能研究，它涉及一种太阳能电池光阳极的制备及性能研究。本发明的目的是为了解决现有技术条件制备的染料敏化太阳能电池光阳极在可见光区能量利用少和界面光生载流子的复合造成的电池效率低的问题，提供一种可以提高器件性能的光阳极的制备方法。本发明的制备方法如下：一、采用溶剂热法制备BiWCo/TiO<subgt;2</subgt;粉体；二、制备不同配比的BiWCo/TiO<subgt;2</subgt;‑P25粉体；三、制备光阳极(将改性的粉体与乙基纤维素、松节油透醇、乙醇混合均匀，丝网印刷成膜、然后高温煅烧)。本发明可以获得一种具有拓宽光谱吸收和抑制载流子复合的光阳极材料。

技术研发人员：姜艳霞,肖鸿阳
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16