本发明专利技术涉及一种用于染料敏化太阳能电池的钛/锶包覆的纳米晶二氧化钛薄膜及其制备方法。本发明专利技术通过浸渍的方法将醋酸锶和四氯化钛溶液加入到未经处理的纳米晶二氧化钛薄膜中，得到钛/锶双层包覆的纳米晶二氧化钛薄膜。该半导体薄膜有效地提高了电荷寿命，降低了电荷复合的几率，使得界面电荷转移效率得到提高。利用该薄膜封装染料敏化太阳能电池并进行性能测试，电池的短路光电流、开路光电压以及能量转化效率有大幅提高，与常规的TiCl4处理方法相比具有明显的优势。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及本专利技术属于无机光电材料领域，特别涉及一种。
技术介绍
自从1991年Gratel教授将纳米多孔的概念引入染料敏化宽禁带TiO2半导体研究中，获得能量转换效率7. 的染料敏化太阳能电池(Dye—knsitized Solar Cell,DSSC) 以来，DSSC电池以其潜在的低成本、相对简单的制作工艺和技术、性能较稳定等优势赢得了人们的广泛重视。这种电池通过借助钌(II)的多吡啶配合物染料吸附到纳米多孔T^2薄膜半导体电极表面上，利用染料对可见光的强吸收，可以将半导体的光谱响应拓宽到可见区， 从而得到理想的能量转化效率。在1993年能量转换效率达到了 10%，并于2001年和2004 年，电池效率达到10. 4%和11. 04%，其转换效率可与非晶硅太阳电池相媲美，而且制造成本仅为太阳能电池的1/1(Γ /5。纳米结构的半导体在太阳电池中通过其巨大的表面积吸附大量的单分子层染料分子，提高了太阳光的收集效率；同时纳米半导体将从染料分子注入的电子传输到收集电极，然而半导体电极的巨大表面积也增加了电极表面的电荷复合，从而降低太阳电池的光电转换效率，为了改善电池的光伏性能，人们开发了多种物理化学修饰技术来改善纳米 TiO2电极的特性，这些技术包括TiCl4表面处理、表面包覆、掺杂等，其中表面包覆是一种很有前途的方法，表面包覆依靠具有较高导带位置的半导体或绝缘层形成所谓核-壳结构的阻挡层来减少复合，可以显著改善纳米晶二氧化钛膜的注入、转移效率和传输性能，目前对钛/锶双层包覆纳米晶二氧化钛膜在染料敏化太阳能电池中应用的研究还没有报道。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种钛/锶包覆的纳米晶二氧化钛薄膜，使用该薄膜作为电极材料组装的染料敏化太阳能电池的短路光电流、开路光电压以及能量转化效率等参数与常规的TiCl4处理方法相比有大幅提高。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是一种钛/锶包覆的纳米晶二氧化钛薄膜，其特征在于所述的纳米晶二氧化钛为锐钛矿型，其颗粒直径范围为20 30 nm, 薄膜材料为无色透明薄膜或浅白色薄膜。另外，本专利技术所述的钛/锶包覆的纳米晶二氧化钛薄膜的制备方法是按照以下步骤进行的(1)、纳米晶二氧化钛薄膜的制备在强烈搅拌下将一定量钛酸四异丙酯(TTIP)缓慢加入到适量去离子水中，持续搅拌 Γ4 h，将得到的沉淀物进行抽滤并洗涤；随后将沉淀物配成一定体积比的TTIP和四甲基氢氧化铵(TMAH)的混合溶液；加入去离子水定容；接着在10(T150 °C油浴中强力搅拌反应Γ5 h，自然冷却到室温，将反应完成后得到的白色胶体转移至高压釜内并定容，在15(Γ300 °C的条件下水热处理614 h，自然冷却后取出并进行超声处理20 min，得到乳白色的二氧化钛溶胶，通过丝网印刷方法在清洗干净的导电玻璃上形成一层薄膜，将干燥后的薄膜放入马弗炉，温度缓慢升温至45(T550 °C，恒温0.5 10 h，自然冷却到室温，即得到未经处理的纳米晶二氧化钛薄膜；(2)、四氯化钛溶液的配制将一定量的四氯化钛加入到滴液漏斗中，用玻璃滴管连通氮气，插入滴液漏斗顶部，用氮气吹广15 min，冰浴条件下将上述处理后的四氯化钛加入到去离子水中，常温下在磁力搅拌器上充分搅拌30 min，然后定容到100 mL，即得到摩尔浓度为0. 005、mol/L的四氯化钛无色透明溶液；(3)、醋酸锶溶液的配制将一定量的醋酸锶加入到适量去离子水中，常温下在磁力搅拌器上充分搅拌30 min, 然后定容到100 mL,即得到摩尔浓度为0. 00Γ2 mol/L的醋酸锶无色透明溶液；(4)、钛/锶包覆的纳米晶二氧化钛膜的制备将步骤(1)中烧结后的薄膜通过浸渍的方法，依次浸渍在醋酸锶和四氯化钛的溶液里面，在3(T90 °C溶液中，浸渍0.3 1 h，随后用氮气将水分吹去，然后将薄膜放入马弗炉，缓慢升温至40(T550 °C，恒温0.5 10 h，自然冷却到室温，然后再依次浸渍在四氯化钛和醋酸锶的溶液里面，在3(T90 °C溶液中，浸渍0.3 1 h，随后用氮气将水分吹去，然后将薄膜放入马弗炉，缓慢升温至40(T550 °C，恒温0.5 10 h，自然冷却到室温，即得到钛/锶包覆的二氧化钛纳米晶薄膜Ti-Ti，Ti-Sr-Ti和Ti-Ti-Sr。将本专利技术制备的钛/锶双层包覆纳米晶二氧化钛薄膜作为电极材料，按照标准方法组装染料敏化太阳能电池，在AMI. 5模拟太阳光下测得染料敏化太阳能电池的各性能参数。在所制备的电池器件中，电池的短路光电流、开路光电压以及能量转化效率均有大幅提高，与常规的TiCl4处理方法相比具有明显的优势，染料敏化纳米晶二氧化钛中的开路光电压升高，电子寿命得到显著提高，说明纳米晶二氧化钛膜中的电子复合得到了有效的抑制， 使得界面电荷转移效率得到提高，从而大幅度提高了染料敏化太阳能电池的能量转化效率。附图说明图1为本专利技术实施例4-7制备的钛/锶包覆的纳米晶二氧化钛薄膜和导电玻璃FTO的X射线衍射谱；图2为本专利技术实施例4-7中组装的染料敏化太阳能电池的光电流-光电压(I-V)图谱。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的说明。实施例1 未经任何处理的纳米晶二氧化钛薄膜(Ti)的制备在强烈搅拌下将14 g钛酸四异丙酯缓慢滴加到50 mL去离子水中，持续搅拌反应2 h， 有白色沉淀生成。将生成的白色沉淀进行抽滤并洗涤，得到二氧化钛湿沉淀M g，将湿沉淀转移到三口烧瓶中，缓慢滴加四甲基氢氧化铵水溶液3. 65 g，加入去离子水调整至总质量4为40 g。在120 °C油浴中强力搅拌反应3 h，自然冷却到室温，将反应完成后得到的白色胶体调整至50 mL转移至100 mL高压釜中，在220 °C的条件下水热处理8 h。自然冷却后取出并进行超声处理20 min，得到乳白色的二氧化钛溶胶，通过丝网印刷在清洗干净的导电玻璃上形成一层溶胶薄膜。将干燥后的薄膜放入马弗炉，缓慢升温至450 °C，保温2 h， 自然冷却到室温，即得到未经处理的纳米晶二氧化钛薄膜(Ti)。实施例2 2 mol/L的四氯化钛溶液的制备称取38 g四氯化钛加入滴液漏斗中，用玻璃滴管连通氮气，插入滴液漏斗顶部，用氮气吹5 min，将四氯化钛逐滴溶于盛有50 mL去离子水的烧杯中(冰浴中)，在磁力搅拌器上强力搅拌30 min，混合溶液为无色透明溶液，然后将溶液逐渐转移至容量瓶中，加入去离子水，使总体积达到100 mL，即得浓度为2 mol/L的四氯化钛溶液。实施例3 1 mol/L的醋酸锶溶液的制备称取21. 47 g的醋酸锶，加入70 mL水，常温下搅拌30 min，然后转移至100 mL容量瓶中，用去离子水定容至100 mL，即得浓度为1 mol/L的醋酸锶溶液。实施例4 未任何特殊处理的纳米晶二氧化钛薄膜(Ti)将实施例1中的膜置于表面皿中，向其中加入20 ml去离子水，70 °C，30min后取出，用氮气吹干放入马弗炉，温度缓慢升温至450 °C，保温2 h，自然冷却到室温，即得到未任何处理的纳米晶二氧化钛膜。薄膜经过X射线衍射仪表征发现，如附图1所示，所制备的二氧化钛纳米晶为锐钛矿晶型。实施例5 经四氯化钛处理的纳米晶二氧化钛薄膜(Ti-本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种钛／锶包覆的纳米晶二氧化钛薄膜，其特征在于所述的纳米晶二氧化钛为锐钛矿型，其颗粒直径范围为２０～３０ ｎｍ，薄膜材料为无色透明薄膜或浅白色薄膜。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王忠胜，王书涛，周刚，吴静，林玉往，刘国心，
申请(专利权)人：常州有则科技有限公司，复旦大学，
类型：发明
国别省市：32
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