氮掺杂二氧化钛光阳极及其制备方法和应用技术

一种氮掺杂二氧化钛光阳极，该光阳极包括导电玻璃及涂覆于导电玻璃上的二氧化钛薄膜，其特征在于前述的二氧化钛薄膜中掺杂有以尿素为原料的氮源。本发明专利技术还公开了该光阳极的制备方法和在太阳能电池上的应用。与现有技术相比，本发明专利技术的优点在于：氮掺杂二氧化钛浆料制备简单、廉价，适合大规模用于制备光阳极。本发明专利技术的光阳极在可见光区域具有良好的光响应，提高了入射到光阳极内单色光的利用效率，电池的光电转换效率得到较大提高。

【技术实现步骤摘要】
氮掺杂二氧化钛光阳极及其制备方法和应用技术 领域本专利技术涉及一种太阳能电池的光阳极，尤其涉及一种二氧化钛光阳极，本专利技术还 涉及该光阳极的制备方法和应用。
技术介绍
作为染料敏化纳米晶太阳能电池光阳极的二氧化钛薄膜起着吸附染料敏化剂，有 效快速的向外电路传输电子的重要作用。纯净二氧化钛纳米晶体是宽禁带半导体，在可见 光区没有响应，这就使得在可见光区吸收光的能力不高，通过元素掺杂能够引起二氧化钛 中杂质能级以及能级位置发生变化，使其可见光吸收峰位置红移，减小禁带宽度从而增加 二氧化钛自身对可见光的吸收利用，进而引起二氧化钛在可见光区的光电响应，这样有助 于电池光电效率转换的提高。氮掺杂二氧化钛光阳极是比较常用的掺杂方式，现有的公开文献可参考申请号 为200610147257. 5的中国专利技术专利申请公开《一种氮掺杂纳米结构二氧化钛的制备方 法》(公开号为CN1974014A)，该申请以氮肥化钛粉末为原料，进行热氧化处理，控制温度为 450°C 600°C，氧化时间为1 21小时，氮化钛的颜色发生变化，形成具有金红石型纳米结 构的二氧化钛。另见申请号为200910078334. X的中国专利技术专利申请公开《一种氮掺杂二氧 化钛纳米线电极的制备方法》(公开号为CN1974014A)，该申请利用阳极氧化方法制备Ti02 纳米线，并在六次甲基四氨溶液中浸泡，在管式炉中加热，氮气作载气，进行氮掺杂过程。上述公开文献的所用原料较贵，不易获得，同时制备过程较为复杂，相对来说整体 制造成本较高，不易推广。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种原料易得、工艺简 单的氮掺杂二氧化钛光阳极。本专利技术所要解决的又一个技术问题是提供一种原料易得、工艺简单的氮掺杂二氧 化钛光阳极的制备方法。本专利技术所要解决的又一个技术问题是提供一种氮掺杂二氧化钛光阳极在太阳能 电池上的应用。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为一种氮掺杂二氧化钛光阳极，该 光阳极包括导电玻璃及涂覆于导电玻璃上的二氧化钛薄膜，其特征在于前述的二氧化钛薄 膜中掺杂有以尿素为原料的氮源。作为优选，所述的二氧化钛薄膜由二氧化钛浆料涂覆得到，该二氧化钛浆料通过 纳米二氧化钛粉末和尿素球磨后得到。作为优选，所述的二氧化钛浆料中尿素与纳米二氧化钛粉末摩尔比为0.25 3 1 Io一种氮掺杂二氧化钛光阳极的制备方法，其特征在于包括如下步骤 ①称取5g纳米二氧化钛粉末，并按照尿素和二氧化钛摩尔比为0.25 3 1 1， 称取尿素，将称取后的尿素和纳米二氧化钛粉末放入球磨罐中加入5 15ml酒精，将球 磨罐放入球磨机中完成一次球磨，球磨时间为8 15h ；将球磨罐取出，再向球磨罐中加入 20 30ml酒精，将球磨罐放入球磨机中完成二次球磨，球磨时间20 25h后取出，球磨后 得到浆料；②将浆料均勻的涂覆于导电玻璃上，然后在400 500°C的马弗炉中，煅烧20 35min,在煅烧过程中氮原子取代氧原子，从而形成二氧化钛薄膜，进而得到氮掺杂的二氧 化钛光阳极，上述步骤①中以5g纳米二氧化钛粉末为基准进行浓度配比。作为优选，步骤②中所述的二氧化钛薄膜的厚度为9 18 μ m。氮掺杂二氧化钛光阳极在染料敏化纳米晶太阳能电池中的应用。氮掺杂二氧化钛 光阳极经过染料敏化，滴加电解液，加上钼对电极即可组装成染料敏化纳米晶太阳能电池。与现有技术相比，本专利技术的优点在于氮掺杂二氧化钛浆料制备简单、廉价，适合 大规模用于制备光阳极。本专利技术的光阳极在可见光区域具有良好的光响应，提高了入射到 光阳极内单色光的利用效率，电池的光电转换效率得到较大提高。附图说明图1为实施例3光阳极的紫外可见吸收光谱曲线2为实施例3光阳极的带隙能量曲线图。具体实施例方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。实施例1 由0. 64g尿素和5g 二氧化钛纳米粒子混合制备的氮掺杂浆料所涂覆的 二氧化钛薄膜电极的光电转换性能。0. 64g尿素和5g商业P25掺混，加入IOml酒精球磨12h后再加入25ml酒精球磨 24h，将制备成功的浆料在导电玻璃上涂膜，膜厚大约为13 μ m。将涂好膜的导电玻璃在马 弗炉中45(TC，30min煅烧，得到染料敏化纳米晶太阳能电池的光阳极。将该光阳极浸泡于 浓度为5X 10_4mOl/L的N3溶液24h，光阳极被染料充分敏化。然后将光阳极与钼对电极对 接，滴入电解液，在氙灯模拟太阳光源下测试其效率。电解液的成分为IM LiI,0. IMI2,0. 5M 4_ 丁基吡唳，溶剂为乙腈和碳酸丙烯酯(PC)(体积比为1 1)。测效率所使用氙灯模拟 太阳光，光强为98. 7mW/cm2 (用标准硅光电二极管测定光强).在该光强下，测得该薄膜电 极所组成的电池光电转换效率为5. 81%，比单纯由二氧化钛纳米粒子涂膜所得电池的效率 5. 31%提高了 9%。实施例2 由0. 96g尿素和5g 二氧化钛纳米粒子混合制备的氮掺杂浆料所涂覆的 二氧化钛薄膜电极的光电转换性能。0. 96g尿素和5g商业P25掺混，加入IOml酒精球磨12h后再加入25ml酒精球 磨24h，将制备成功的浆料在导电玻璃上涂膜，膜厚大约为13μπι。将涂好膜的导电玻璃在 马弗炉中450°C，30min煅烧，得到染料敏化纳米晶太阳能电池的光阳极。将该光阳极浸泡 于浓度为5X 10_4mOl/L的N3溶液24h，光阳极被染料充分敏化。然后将光阳极与钼对电极对接，滴入电解液，在氙灯模拟太阳光源下测试其效率。电解液的成分为lMLiI，0. IM I2, 0.5M 4-丁基吡啶，溶剂为乙腈和碳酸丙烯酯(PC)(体积比为1 1)。测效率所使用氙灯 模拟太阳光，光强为98. 7mW/cm2(标准硅光电二极管测定光强).在该光强下，测得该薄膜 电极所组成的电池光电转换效率为6. 32%，比单纯由二氧化钛纳米粒子涂膜所得电池的效 率5. 31%提高了 19%实施例3 由1. 28g尿素和5g 二氧化钛纳米粒子混合制备的氮掺杂浆料所涂覆的 二氧化钛薄膜电极的光电转换性能。1. 28g尿 素和5g商业P25掺混，加入IOml酒精球磨12h后再加入25ml酒精球 磨24h，将制备成功的浆料在导电玻璃上涂膜，膜厚大约为13μπι。将涂好膜的导电玻璃在 马弗炉中45(TC，30min煅烧，得到染料敏化纳米晶太阳能电池的光阳极。将该光阳极浸泡 于浓度为5X 10_4mOl/L的N3溶液24h，光阳极被染料充分敏化。然后将光阳极与钼对电极 对接，滴入电解液，在氙灯模拟太阳光源下测试其效率。电解液的成分为IM LiI,0. IM I2, 0.5M 4-丁基吡啶，溶剂为乙腈和碳酸丙烯酯(PC)(体积比为1 1)。测效率所使用氙灯 模拟太阳光，光强为98. 7mW/cm2(标准硅光电二极管测定光强)。在该光强下，测得该薄膜 电极所组成的电池光电转换效率为6. 71%，比单纯由二氧化钛纳米粒子涂膜所得电池的效 率5. 31%提高了 26%。图1为本实施例光阳极的紫外可见吸收光谱曲线图，图2为实施例 3光阳极的带隙能量曲线图。实施例4 由1. 60g尿素和5g 二氧化钛纳米粒子混合制备的氮掺杂浆料所涂覆的 二氧化钛薄膜电极的光电转换性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种氮掺杂二氧化钛光阳极，该光阳极包括导电玻璃及涂覆于导电玻璃上的二氧化钛薄膜，其特征在于前述的二氧化钛薄膜中掺杂有以尿素为原料的氮源。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：诸跃进，张京，孙强，王培卿，杨广涛，郑君，崔艳铮，张雪妮，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：97