一种具有高光散射作用的分散二氧化钛纳米管复合光阳极的制备方法_2

文档序号:8529168阅读:来源:国知局
,然后取出,即得具有高光散射作用的分散二氧化钛纳米管复合光阳极;
所述的N719染料溶液的浓度为0.3mmol/L,溶质是N719染料,溶剂由乙腈和叔丁醇按体积比为1:1组成的混合液。
[0008]在上述所得的具有高光散射作用的分散二氧化钛纳米管复合光阳极的上面覆盖上铂对电极,在两个电极之间填充电解液,并用热封薄膜进行封装,便形成了染料敏化太阳能电池。
[0009]本发明的有益效果
本发明的一种具有高光散射作用的分散二氧化钛纳米管复合光阳极,由于采用了与现有技术不同的技术方案,因此具有比现有技术更好的技术效果:
(I)直接利用生长在钛金属基片上的二氧化钛纳米管制备电池光阳极,只能采用背照射方式。本发明把二氧化钛纳米管粉末与二氧化钛纳米颗粒结合,制备了正照射方式的电池,增加了入射光利用效率。
[0010](2) 二氧化钛纳米管阵列薄膜具有许多电子陷阱中心,且无法通过高温退火提高其结晶度,从而导致较差的电子收集效率。本发明通过对粉末状态的二氧化钛纳米管进行高温热处理,提高了二氧化钛纳米管的结晶度,降低了电子陷阱中心,增加了电子的收集效率,提尚了电池的性能。
[0011](3)本发明使用分散状态的二氧化钛纳米管充当光散射元件,与采用水热法制备的二氧化钛纳米管较小的管径和较差的光散射效果相比,本发明制备的二氧化钛纳米管粉末,其管径为数百纳米,具有优异的光散射性能,以捕获更多的入射光,显著增强光吸收进而提尚电池效率。
[0012](4)水热法制备周期长,制备工艺复杂,且成本较高。本发明的制备方法所用到的材料包括低纯度钛片、乙二醇和氟化铵即可,具有成本低的特点,而且二氧化钛纳米管粉末的产率很高,适用于大规模生产。
【附图说明】
[0013]图1、实施例2所得的具有高光散射作用的分散二氧化钛纳米管复合光阳极组装成染料敏化太阳能电池后使用理波94023A太阳能模拟器和吉时利2400数字源表在大气质量AM1.5G标准光照条件下测量所得的1-V曲线图。
[0014]图2、实施例1所得的具有高光散射作用的分散二氧化钛纳米管复合光阳极组装成染料敏化太阳能电池后使用理波94023A太阳能模拟器和吉时利2400数字源表在大气质量AM1.5G标准光照条件下测量所得的1-V曲线图。
[0015]图3、实施例3所得的具有高光散射作用的分散二氧化钛纳米管复合光阳极组装成染料敏化太阳能电池后使用理波94023A太阳能模拟器和吉时利2400数字源表在大气质量AM1.5G标准光照条件下测量所得的1-V曲线图。
【具体实施方式】
[0016]下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步阐述,但并不限制本发明。
[0017]实施例1
一种具有高光散射作用的分散二氧化钛纳米管复合光阳极的制备方法,具体步骤如下:
(1)、在钛金属基片上,采用两步电化学阳极氧化法制备垂直于钛金属基片、高度为15 μm的二氧化钛纳米管阵列;该方法制备的二氧化钛纳米管阵列垂直于钛金属基片,其中阳极氧化法是一种广泛使用的技术,在染料敏化太阳能电池领域中,用于制备二氧化钛纳米管;
所述的在钛金属基片上,采用两步电化学阳极氧化法制备垂直于钛金属基片、厚度为15 μ m的二氧化钛纳米管阵列,步骤如下:
将厚度Imm的钛金属基片依次在水、无水乙醇、丙酮中清洗;然后在由氟化铵、水和乙二醇组成的电解液中常温、阳极氧化电压为60伏的条件下进行第一次阳极氧化lh,然后在常温下,超声功率为100W,在无水乙醇中超声5min,得到表面有凹坑的钛金属基片;
再将所得的表面有凹坑的钛金属基片在由氟化铵、水和乙二醇组成的电解液中常温、阳极氧化电压为60伏的条件下继续进行第二次阳极氧化lh,得到带有厚度为15 μ m的二氧化钛纳米管阵列的钛金属基片,且二氧化钛纳米管阵列垂直于钛金属基片;
上述第一次阳极氧化及第二次阳极氧化所用的由氟化铵、水和乙二醇组成的电解液相同,按质量比计算,即氟化铵:水:乙二醇为0.5:3:100 ; (2)、用超声波清洗机在常温下,超声功率为100W,对步骤(I)所得的带有厚度为15ym的二氧化钛纳米管阵列的钛金属基片在无水乙醇中进行超声分散处理lOmin,使钛金属基片上的二氧化钛纳米管阵列分散到无水乙醇中,得到浓度为30g/L的分散状态的二氧化钛纳米管乙醇溶液;
(3)、控制转速为4000r/min将步骤(2)所得的浓度为30g/L的分散状态的二氧化钛纳米管溶液离心lOmin,所得的沉淀依次用去离子水和乙醇各清洗3次以去除分散状态二氧化钛纳米管中残余的杂质,然后控制压力为lOPa、温度为120°C条件下进行真空干燥12h,得到纯分散状态二氧化钛纳米管粉末;
(4)、在空气条件下,将步骤(3)所得纯分散状态二氧化钛纳米管粉末控制升温速率为20C /min升温至700°C进行热处理2h,然后再控制降温速率为2°C /min降至室温,得到纯锐钛矿相的高结晶度二氧化钛纳米管粉末;
(5)、将异丙醇和正丁醇按体积比为1:4进行混合得到醇溶液;
把10g粒径为20nm的二氧化钛纳米颗粒、1g步骤(4)所得的纯锐钛矿相的高结晶度二氧化钛纳米管粉末和IL上述所得的醇溶液混合,使用磁力搅拌机以200rpm速度进行搅拌24h,得到锐钛矿相的高结晶度二氧化钛纳米管和二氧化钛纳米颗粒的复合浆料;
上述所用的步骤(4)所得的纯锐钛矿相的高结晶度二氧化钛纳米管粉末、粒径为20nm的二氧化钛纳米颗粒和醇溶液的量,按粒径为20nm的二氧化钛纳米颗粒:步骤(4)所得的纯锐钛矿相的高结晶度二氧化钛纳米管粉末:醇溶液为10g: 10g:1L的比例计算;
(6)、使用刮涂法,将步骤(5)所得的锐钛矿相的高结晶度二氧化钛纳米管和二氧化钛纳米颗粒复合浆料涂覆在透明导电基底上,涂覆厚度为9 μ m,然后于将透明导电基体与涂膜一起在空气中自然干燥,然后将透明导电基体与干燥后的涂膜控制温度为450-500°C进行烧结2h,得到基于透明导电基底的厚度为8 μπι的二氧化钛纳米管和二氧化钛纳米颗粒的复合薄膜,然后进行染料敏化处理,即得具有高光散射作用的分散二氧化钛纳米管复合光阳极;
所述的透明导电基底为掺氟氧化锡(FTO)导电玻璃;
所述的敏化处理,具体步骤如下:
将上述所得的厚度为8 μ m的二氧化钛纳米管和二氧化钛纳米颗粒的浸入到N719染料溶液中,室温下进行染料敏化处理24h,然后取出,即得具有高光散射作用的分散二氧化钛纳米管复合光阳极;
所述的N719染料溶液的浓度为0.3mmol/L,溶质是N719染料,溶剂由乙腈和叔丁醇按体积比为1:1组成的混合液。
[0018] 实施例2
一种具有高光散射作用的分散二氧化钛纳米管复合光阳极的制备方法,具体步骤如下:
(1)、在钛金属基片上,采用两步电化学阳极氧化法制备垂直于钛金属基片、高度为15 μm的二氧化钛纳米管阵列;该方法制备的二氧化钛纳米管阵列垂直于钛金属基片,其中阳极氧化法是一种广泛使用的技术,在染料敏化太阳能电池领域中,用于制备二氧化钛纳米管;
所述的在钛金属基片上,采用两步电化学阳极氧化法制备垂直于钛金属基片、厚度为15 μ m的二氧化钛纳米管阵列,步骤如下:
将厚度Imm的钛金属基片依次在水、无水乙醇、丙酮中清洗;然后在由氟化铵、水和乙二醇组成的电解液中常温、阳极氧化电压为60伏的条件下进行第一次阳极氧化lh,然后在常温下,超声功率为100W,在无水乙醇中超声5min,得到表面有凹坑的钛金属基片;
再将所得的表面有凹坑的钛金属基片在由氟化铵、水和乙二醇组成的电解液中常温、阳极氧化电压为60伏的条件下继续进行第二次阳极氧化lh,得到带有厚度为15 μ m的二氧化钛纳米管阵列的钛金属基片,且二氧化钛纳米管阵列垂直于钛金属基片;
上述第一次阳极氧化及第二次阳极氧化所用的由氟化铵、水和乙二醇组成的电解液相同,按质量比计算,即氟化铵:水:乙二醇为0.5:3:100 ;
(2)、用超声波清洗机在常温下,超声功率为100W,对步骤(I)所得的带有厚度为15ym的二氧化钛纳米管阵列的钛金属基片在无水乙醇中进行超声分散处理lOmin,使钛金属基片上的二氧化钛纳米管阵列分散到无水乙醇中,得到浓度为30g/L的分散状态的二氧化钛纳米管乙醇溶液;
(3)、控制转速为4000r/min将步骤(2)所得的浓度为30g/L的分散状态的二氧化钛纳米管溶液离心lOmin,所得的沉淀依次用去离子水和乙醇各清洗3次以去除分散状态二氧化钛纳米管中残余的杂质,然后控制压力为lOPa、温度
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