一种钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于光阳极量子点敏化太阳能电池制备技术领域，本发明专利技术公开了一种钛酸四丁酯

【技术实现步骤摘要】
一种钛酸四丁酯
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金红石型光阳极材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及光阳极量子点敏化太阳能电池制备
，尤其涉及一种钛酸四丁酯
‑
金红石型光阳极材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)具有高摩尔消光系数、带隙可调节效应和多激子效应等特殊的光学和电子特性，是一种极具发展前景的新兴光伏器件。量子点敏化太阳能电池由染料敏化太阳能电池衍生而来，二者结构非常相似，均由光阳极、电解液和对电极三个部分共同组成，光阳极担负着电子的产生与传输的作用，光阳极性能的优化对于整个太阳能电池的性能改善起着至关重要的作用。
[0003]由于TiO2具有电子迁移率高、表面积大、制备简单、稳定性高、成本低等优点，是QDSSCs中应用最广泛的半导体光阳极材料。TiO2的几种晶体形式是自然产生的:锐钛矿、金红石和板钛矿。这三种晶相中，锐钛矿具有更大的带隙和更高的导带边缘，这一点使得在相同的导带电子浓度下，QDSSCs的费米能级水平和开路电压(Voc)较高。金红石相由于有利于光子的散射，能够起到增加电子被激发机率的作用。以锐钛矿相为主，混合适量的金红石相，能够提高电池的转化效率。
[0004]因此，如何提供一种钛酸四丁酯
‑
金红石型光阳极材料及其制备方法与应用，能够更好的实现量子点沉积，提高量子点敏化太阳能电池的转化效率是本领域亟待解决的难题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种钛酸四丁酯
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金红石型光阳极材料及其制备方法与应用，得到更高量子点敏化太阳能电池的转化效率。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种钛酸四丁酯
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金红石型光阳极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]1)制备钛酸四丁酯
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金红石粉末浆料
[0009]将钛酸四丁酯与金红石粉末按摩尔比74～99：1～26混合，得到浆料；
[0010]2)制备TiO2薄膜
[0011]将步骤1)制备的浆料旋涂在基底材料上，加热，得到TiO2薄膜；
[0012]3)光阳极量子点敏化
[0013]对TiO2薄膜进行CdS/CdSe共敏化处理，得到钛酸四丁酯
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金红石型光阳极材料。
[0014]优选的，所述步骤1)中钛酸四丁酯与金红石粉末的摩尔比为75～82:18～24。
[0015]优选的，所述步骤1)中钛酸四丁酯与金红石粉末混合过程中保持密封。
[0016]优选的，所述步骤2)中的基底材料为FTO导电玻璃。
[0017]优选的，所述步骤2)中的旋涂工艺如下：将浆料以800～1500rpm旋涂4～8s，然后以7000～10000rpm旋涂25～35s，烘干，完成旋涂工艺。
[0018]优选的，所述步骤2)中的加热温度为420～480℃，升温速率为4～8℃/min，到达预设温度后的加热时间为20～40min。
[0019]优选的，所述步骤3)中CdS/CdSe共敏化处理工艺如下：
[0020]a将Cd(CH3COO)2溶液与Na2S溶液混合，得到CdS量子点，采用连续离子层吸附与SILAR反应将CdS量子点沉积到TiO2薄膜上，其中Cd(CH3COO)2溶液中的Cd(CH3COO)2与Na2S溶液中的Na2S的摩尔比为0.8～1.2：0.8～1.2；
[0021]b将Na2SO3和硒粉溶于水中，加热，得到澄清的Se源溶液，其中，Na2SO3和硒粉的摩尔比为0.4～0.6:0.08，加热温度为100～130℃，加热时间为2～4h；
[0022]c将C6H6NNa3O6水溶液和Cd(CH3COO)2水溶液混合，加入到Se源溶液中，对沉积了CdS量子点的TiO2薄膜进行敏化处理；其中C6H6NNa3O6水溶液和Cd(CH3COO)2水溶液中的C6H6NNa3O6和Cd(CH3COO)2的摩尔比为2～4:2～3，Se粉与Cd(CH3COO)2水溶液中的Cd(CH3COO)2的摩尔比为0.08：0.002～0.003；
[0023]d将敏化处理后的TiO2薄膜先浸泡在Zn(CH3COO)2溶液中，取出后浸泡在Na2S溶液中，重复2～3次，完成CdS/CdSe共敏化处理。
[0024]优选的，所述步骤3)中TiO2薄膜的面积、步骤a中Cd(CH3COO)2溶液中的Cd(CH3COO)2和步骤b中硒粉的摩尔比依次为12～20m2：0.09～0.11mol：0.08mol。
[0025]本专利技术的另一目的是提供一种钛酸四丁酯
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金红石型光阳极材料的制备方法制备得到的钛酸四丁酯
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金红石型光阳极材料。
[0026]本专利技术的再一目的是提供一种钛酸四丁酯
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金红石型光阳极材料在光阳极量子点敏化太阳能电池领域中的应用。
[0027]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0028]本专利技术制备的钛酸四丁酯
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金红石型光阳极材料在微观结构上实现了颗粒均匀致密的分布，颗粒体积小，能够实现更好的量子点沉积，从而得到更高量子点敏化太阳能电池的转化效率。尤其是在钛酸四丁酯与金红石粉末摩尔比为79：21时，量子点敏化太阳能电池的转化效率提升最为显著。
附图说明
[0029]图1为实施例1～6制备的TiO2薄膜微观形貌图。其中a对应实施例1，b对应实施例2，c对应实施例3，d对应实施例4，e对应实施例5，f对应实施例6。
具体实施方式
[0030]一种钛酸四丁酯
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金红石型光阳极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0031]1)制备钛酸四丁酯
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金红石粉末浆料
[0032]将钛酸四丁酯与金红石粉末按摩尔比74～99：1～26混合，得到浆料；
[0033]2)制备TiO2薄膜
[0034]将步骤1)制备的浆料旋涂在基底材料上，加热，得到TiO2薄膜；
[0035]3)光阳极量子点敏化
[0036]对TiO2薄膜进行CdS/CdSe共敏化处理，得到钛酸四丁酯
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金红石型光阳极材料。
[0037]在本专利技术中，所述步骤1)中钛酸四丁酯与金红石粉末的摩尔比为75～82:18～24，
优选为78～80:20～22，进一步优选为79：21。
[0038]在本专利技术中，所述步骤1)中钛酸四丁酯与金红石粉末混合过程中保持密封，防浆料与空气中的水分发生反应，使浆料失效。
[0039]在本专利技术中，所述步骤2)中的基底材料为FTO导电玻璃；FTO导电玻璃优选为保存在无水乙醇中，使用时采用匀胶机以2800～3100rpm的转速甩干FTO表面残留乙醇，优选为3000rpm。
[0040]在本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛酸四丁酯
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金红石型光阳极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备钛酸四丁酯
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金红石粉末浆料将钛酸四丁酯与金红石粉末按摩尔比74～99：1～26混合，得到浆料；2)制备TiO2薄膜将步骤1)制备的浆料旋涂在基底材料上，加热，得到TiO2薄膜；3)光阳极量子点敏化对TiO2薄膜进行CdS/CdSe共敏化处理，得到钛酸四丁酯
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金红石型光阳极材料。2.根据权利要求1所述的一种钛酸四丁酯
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金红石型光阳极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中钛酸四丁酯与金红石粉末的摩尔比为75～82:18～24。3.根据权利要求2所述的一种钛酸四丁酯
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金红石型光阳极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中钛酸四丁酯与金红石粉末混合过程中保持密封。4.根据权利要求1～3任一项所述的一种钛酸四丁酯
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金红石型光阳极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中的基底材料为FTO导电玻璃。5.根据权利要求4所述的一种钛酸四丁酯
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金红石型光阳极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中的旋涂工艺如下：将浆料以800～1500rpm旋涂4～8s，然后以7000～10000rpm旋涂25～35s，烘干，完成旋涂工艺。6.根据权利要求5所述的一种钛酸四丁酯
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金红石型光阳极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中的加热温度为420～480℃，升温速率为4～8℃/min，到达预设温度后的加热时间为20～40min。7.根据权利要求6所述的一种钛酸四丁酯
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金红石型光阳极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中Cd...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琦，胡振宇，李雪松，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：