染料敏化太阳能电池双层二氧化钛光阳极的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种染料敏化太阳能电池双层二氧化钛光阳极的制备方法。所述染料敏化太阳能电池双层二氧化钛光阳极的制备方法包括如下步骤：a、在FTO基底的导电面采用水热法生长锐钛矿二氧化钛纳米管阵列；b、在所述锐钛矿二氧化钛纳米管阵列表面刮涂二氧化钛薄膜层，并以2℃min‑1的升温速率加热到450℃煅烧30min，自然冷却到室温；c、将步骤b中得到的样品浸泡在N719钌染料中，并在50℃条件下保温12h进行敏化，然后用无水乙醇冲洗，并在80℃干燥2h。所述染料敏化太阳能电池双层二氧化钛光阳极的制备方法可以提高电池的短路电流和光电转换效率，使得基于这种双层的二氧化钛光阳极的染料敏化太阳能电池的光伏性能得到整体提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能电池领域，具体涉及一种染料敏化太阳能电池双层二氧化钛光阳极的制备方法。
技术介绍
染料敏化太阳能电池(DSSC)是一种有效利用太阳能的光电器件，自从1991年瑞士的Gratzel教授等人首次对染料敏化太阳能电池的光电转换效率取得突破性进展以来，染料敏化太阳能电池就以其制作工艺简单、成本低廉、性能稳定、对环境无污染的特性被广泛研究，成为继硅晶太阳能电池后被认为最有潜力的第三代太阳能电池之一。染料敏化太阳能电池由光阳极、光敏化剂、氧化还原电解质和对电极组成一个三明治结构。其中，纳米二氧化钛光阳极在光伏性能中起主导作用。不同形态的二氧化钛(如：纳米粒子、纳米棒、纳米管、纳米纤维、纳米线、纳米片、纳米网、空心球)以及复合结构已被用做光阳极，并取得了突破性进展。一般地，高性能的光阳极具有快速的电子传输、高的比表面、好的光散射。优化的二氧化钛光阳极的结构对于提高光吸收，进一步提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率有很大影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种染料敏化太阳能电池双层二氧化钛光阳极的制备方法。本专利技术的技术方案如下：一种染料敏化太阳能电池双层二氧化钛光阳极的制备方法，包括如下步骤：a、在FTO基底的导电面采用水热法生长锐钛矿二氧化钛纳米管阵列；b、在所述锐钛矿二氧化钛纳米管阵列表面刮涂二氧化钛薄膜层，并以2℃min-1的升温速率加热到450℃煅烧30min，自然冷却到室温；c、将步骤b中得到的样品浸泡在N719钌染料中，并在50℃条件下保温12h进行敏化，然后用无水乙醇冲洗，并在80℃干燥2h。优选地，在步骤a中，所述水热法的温度为180℃，保温时间为8h。优选地，在步骤a中，将所述FTO基底的导电面朝下，并以设定角度放入200mL水热釜中。优选地，在步骤a的水热法生长的锐钛矿二氧化钛纳米管阵列的厚度为1-5um。优选地，在步骤b中，所述二氧化钛薄膜层的浆料质量配比为二氧化钛粉末：松油醇：乙基纤维素＝1：0.5：4。优选地，在步骤b中，所述二氧化钛薄膜层中二氧化钛粉末包括按设定质量比混合的2D纳米片和3D纳米网，所述2D纳米片和所述3D纳米网均为水热法制取的锐钛矿型二氧化钛。优选地，所述二氧化钛薄膜层中二氧化钛粉末的2D纳米片所占的质量百分数包括25％、50％、75％和100％。优选地，步骤b中得到的样品的二氧化钛薄膜层的厚度为8-15um。优选地，在步骤c中，所述N719钌染料为浓度为0.3mM的N719的乙醇溶液。优选地，所述N719钌染料的制备步骤包括：把0.178g的N719粉末放进装有500mL无水乙醇的棕色瓶内超声10min。本专利技术的有益效果在于：所述染料敏化太阳能电池双层二氧化钛光阳极的制备方法中，设计了一种的染料敏化太阳能电池双层二氧化钛光阳极，光阳极的第一层能够加快电子传输速率，第二层是多功能层，能够增加光散射，光吸收，来减小电子的再结合速率，整体上提高染料对光的吸收，进而提高电池的短路电流和光电转换效率，使得基于这种双层的二氧化钛光阳极的染料敏化太阳能电池的光伏性能得到整体提高。而且，当第二层混合粉末中2D纳米片的质量分数为50％时，可获得最高的光伏性能。此外，本专利技术中的染料敏化太阳能电池双层二氧化钛光阳极的制作方法，制备工艺简单，成本低廉，操作简便，便于推广利用。附图说明图1是本专利技术提供的染料敏化太阳能电池双层二氧化钛光阳极的制备方法的实施例1-4中制备的煅烧后的双层二氧化钛光阳极的X射线衍射分析谱；图2是本专利技术提供的染料敏化太阳能电池双层二氧化钛光阳极的制备方法的实施例1-4中制备的浸染料后的双层二氧化钛光阳极的紫外-可见漫反射吸收光谱分析谱；图3是本专利技术提供的染料敏化太阳能电池双层二氧化钛光阳极的制备方法的实施例1-4中制备的基于双层二氧化钛光阳极的染料敏化太阳能电池的J-V光伏特性分析图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。除非上下文另有特定清楚的描述，本专利技术中的元件和组件，数量既可以单个的形式存在，也可以多个的形式存在，本专利技术并不对此进行限定。本专利技术中的步骤虽然用标号进行了排列，但并不用于限定步骤的先后次序，除非明确说明了步骤的次序或者某步骤的执行需要其他步骤作为基础，否则步骤的相对次序是可以调整的。可以理解，本文中所使用的术语“和/或”涉及且涵盖相关联的所列项目中的一者或一者以上的任何和所有可能的组合。本专利技术实施例提供的染料敏化太阳能电池双层二氧化钛光阳极第一层是定向有序的锐钛矿型二氧化钛纳米管阵列，可加快电子传输速率；第二层为二氧化钛薄膜层，所述二氧化钛薄膜层的二氧化钛粉末由不同质量比的2D纳米片和3D纳米网组成，作为多功能层，能够增加光散射，光吸收，来减小电子的再结合速率，从而整体上提高染料对光的吸收，进而提高电池的短路电流和光电转换效率，使得基于这种双层的二氧化钛光阳极的染料敏化太阳能电池的光伏性能得到整体提高。在本实施例中，所述染料敏化太阳能电池双层二氧化钛光阳极的制备方法具体包括如下步骤：一、在FTO基底的导电面采用水热法生长锐钛矿二氧化钛纳米管阵列。具体地，步骤一包括如下步骤：1)用洗洁精、去离子水、丙酮、乙醇依次超声波清洗FTO基底15min，氮气吹干；2)15mL去离子水、15mL无水乙醇、30mL 37％的盐酸分别加入至烧杯中，磁力搅拌5min，获得前驱体溶液；3)1mL钛酸四丁酯加入到步骤2)前驱体溶液中，磁力搅拌15min；4)逐滴加入1mL 98％的浓硫酸至步骤3)溶液中，磁力搅拌15min；5)把步骤4)所得混合溶液转移至聚四氟乙烯内衬的200mL水热釜中，并将两片FTO基底的导电面朝下，且以设定角度放入所述水热釜的内衬中，拧紧，并放入烘箱中180℃保温8小时，即使得所述水热法条件为180℃保温8h，以避免加热温度过高或水热时间太长，导致阵列薄膜易脱落；6)将水热釜冷却至室温，取出试样，用去离子水清洗3h，空气中干燥，即得在基底上生长的定向有序的锐钛矿二氧化钛纳米管阵列。在本实施例中，在步骤一的水热法中，将FTO基底的导电面朝下，且以设定角度放入所述水热釜的内衬中，可以有利于阵列的垂直定向生长。而且所述水热法生长的锐钛矿二氧化钛纳米管阵列的厚度为1-5um。优选地，所述锐钛矿二氧化钛纳米管阵列的厚度是2.3um，并作为连接层，从而加快电子传输。二、在所述锐钛矿二氧化钛纳米管阵列表面刮涂二氧化钛薄膜层，并以2℃min-1的升温速率加热到450℃煅烧30min，自然冷却处理。具体地，在步骤二中，采用刮涂方式在所述锐钛矿二氧化钛纳米管阵列表面涂覆二氧化钛薄膜层；并刮涂后，空气中干燥，再以2℃min-1的速率加热到450℃煅烧30min，最后自然冷却降温处理。在本实施例中，在步骤二中得到的样品的二氧化钛薄膜层的厚度为8-15um。优选地，二氧化钛薄膜层的厚度为10um。在本实施例中，所述二氧化钛薄膜层的浆料质量配比为二氧化钛粉末：松油醇：乙基纤维素＝1：0.5：4，在研钵中至少研磨30min使浆料混合均匀。而且，所述二氧化钛薄膜层中二氧化钛粉末包括按设定质量比混合的2D纳米片和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种染料敏化太阳能电池双层二氧化钛光阳极的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：a、在FTO基底的导电面采用水热法生长锐钛矿二氧化钛纳米管阵列；b、在所述锐钛矿二氧化钛纳米管阵列表面刮涂二氧化钛薄膜层，并以2℃min‑1的升温速率加热到450℃煅烧30min，自然冷却到室温；c、将步骤b中得到的样品浸泡在N719钌染料中，并在50℃条件下保温12h进行敏化，然后用无水乙醇冲洗，并在80℃干燥2h。

【技术特征摘要】
1.一种染料敏化太阳能电池双层二氧化钛光阳极的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：a、在FTO基底的导电面采用水热法生长锐钛矿二氧化钛纳米管阵列；b、在所述锐钛矿二氧化钛纳米管阵列表面刮涂二氧化钛薄膜层，并以2℃min-1的升温速率加热到450℃煅烧30min，自然冷却到室温；c、将步骤b中得到的样品浸泡在N719钌染料中，并在50℃条件下保温12h进行敏化，然后用无水乙醇冲洗，并在80℃干燥2h。2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池双层二氧化钛光阳极的制备方法，其特征在于：在步骤a中，所述水热法的温度为180℃，保温时间为8h。3.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池双层二氧化钛光阳极的制备方法，其特征在于：在步骤a中，将所述FTO基底的导电面朝下，并以设定角度放入200mL水热釜中。4.根据权利要求3所述的染料敏化太阳能电池双层二氧化钛光阳极的制备方法，其特征在于：在步骤a的水热法生长的锐钛矿二氧化钛纳米管阵列的厚度为1-5um。5.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池双层二氧化钛光阳极的制备方法，其特征在于：在步骤b中，所述二氧化钛薄膜层的浆料的组...

【专利技术属性】
技术研发人员：范佳杰，冉慧丽，刘永强，黄浩，仝可蒙，李珍珍，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41