一种制备太阳能电池光阳极的方法技术

一种制备太阳能电池光阳极的方法，在TiO2纳米管阵列表面通过光沉积方法沉积一层银纳米粒子。本发明专利技术通过合理控制硝酸银电解液浓度，将TiO2纳米管阵列置于硝酸银电解液中，通过紫外光源照射TiO2纳米管阵列表面。光沉积的光源波峰为365nm，光强为800～1400mw·cm-2，沉积时间为2～10min，得到经过银修饰的TiO2纳米管阵列光阳极。本发明专利技术用银代替金，以光沉积代替电子束光刻技术制备金属修饰光阳极，制备的银纳米粒子-TiO2纳米管阵列光阳极的短路电流密度和开路电压均有较大提高。本发明专利技术降低了对高成本贵金属的过分依赖，降低了成本，缩短了制备周期，使太阳能更大程度地得到利用，最终达到缓解能源压力的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能电池领域，具体是。
技术介绍
近年来，染料敏化纳米晶太阳能电池(DSSC)自专利技术以来，以成本低、工艺简单及性能稳定的优点，成为国内外竞相研究的热点。为了提高电池的光电转化效率，研究人员不断改进电池的敏化剂、电解质和半导体光阳极材料。其中，选择合适的半导体光阳极材料是提高电池的光电转化效率重要途径。自80年代，瑞士洛桑高等工业学校Gratzel的研究小组就致力于染料敏化TW2薄膜太阳能电池的研究，在Nature (1991，353 :737 740)上发表的 “A Low-cost, High-efficiency Solar-cell Based on Dye-sensitized Colloidal TiO2 Films”，标志着以多孔TiO2薄膜光阳极的研究终于取得了突破性进展。从此TiO2光阳极材料逐渐引起了人们的关注。但因为T^2半导体自身存在无法突破的瓶颈，如带隙较宽(3. 2eV)等，这一定程度上降低了 DSSC的光电转化效率，制约了 DSSC的工业化进程，所以，TiO2光阳极改性成为提高DSSC性能的主要途径之一。目前，对于染料敏化纳米晶太阳能电池TiA光阳极的改性研究已经取得了一定的成果。常用的改性方法主要有两种一是使用TiO2纳米管代替TiO2纳米粒子，例如，2001 年，美国科学家Grimes 等人就在 J. Mater. Res (2001，16 :3331-3335)发表的论文“Titanium Oxide Nanotube Prepared by Anodic Oxidation”中利用电化学阳极氧化法成功地制备了 TiO2纳米管阵列。大量实验证明，相比TiO2纳米粒子，TiO2纳米管阵列具有更好的电子传输性质。另外一种方法是贵金属修饰，例如，日本学者Nishijima等在J. Phys. Chem. Lett (2010,1,2031-2036)公开的文献 “Plasmon-Assisted Photocurrent Generation from Visible to Near-Infrared Wavelength Using a Au_Nanorods/Ti02 Electrode，，中， 提出在TiA单晶表面沉积Au纳米棒阵列，发现Au-TiA结构能够在可见光-近红外光范围内具有光伏性能。在染料敏化太阳能电池光阳极的改性方法中，使用TiO2纳米管代替TiO2纳米粒子可以有效改善TiO2晶粒间的连通性，消除载流子复合中心，提高电子的传输效率，从而降低光电子的损耗。但作为染料敏化太阳能电池光阳极，单纯的TiA纳米管仍无法从根本上解决TiO2半导体光响应区域小，收集效率低等问题。Nishijima等人制备的Au-TW2结构采用的就是贵金属修饰方法，但这种使用电子束光刻技术来实现金属修饰的方法有非常明显的缺点。首先，电子束光刻技术虽然加工精度高，但必需在真空条件下进行，加工成本昂贵，设备投入高，属于实验研究设备，但要应用于光伏技术，会带来巨大的成本压力；再加上光刻技术耗时长，工艺复杂，不能大规模工业化生产，所以这种方法难以在太阳能电池工业生产中应用。综上所述，现有的贵金属修饰技术不能用于大规模低成本工业化生产，需要专利技术一种新的技术来解决目前贵金属修饰光阳极制备技术中成本高，制备周期长的问题，并进一步促进染料敏化太阳能电池技术的绿色低成本发展，缓解当今世界面临的能源危机问在公开号为CN101271774A的的专利中，同济大学公开了一种可用于太阳能电池光阳极的材料、其制备方法及应用。这种光阳极是通过光电化学方法将金离子还原成金属粒子作金属表面等离子介质，采用凝胶工艺制备的T^2薄膜作电子传输介质。尽管此专利与本申请专利机理基本一致，但现有的专利存在着明显的缺点首先，采用凝胶工艺制备的 TiO2薄膜，比TiO2纳米管阵列的电子传输性质差；其次，使用稀贵金属钼作为表面等离子介质，产量低且成本高，不符合太阳能电池大规模，低成本的发展趋势。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的加工成本高，周期长，产品光收集效率低等不足，本专利技术提出了。本专利技术的具体过程如下步骤1，处理钛箔基体。将钛箔切割成条，抛光，用丙酮、无水乙醇和去离子水依次各超声波清洗5min。超声波功率均为200瓦。步骤2，配制电解液。电解液为氟化铵电解液或氟化氢电解液、硝酸银电解液、饱和氯化钾电解液和硫酸钠电解液。其中氟化铵电解液由0. 25wt%的氟化氨、2. 5vol%的去离子水和97. 5vol%的乙二醇组成。将称量好的氟化氨置于烧杯中并加入去离子水，搅拌至氟化氨完全溶解。在溶解有氟化氨的水溶液中加入乙二醇，充分搅拌使氟化氨的水溶液与乙二醇混合均勻，得到氟化氨与乙二醇的混合溶液。用2. Omol · L-I的硫酸溶液将氟化氨与乙二醇的混合溶液PH值调至6，得到氟化铵电解液。氟化氢电解液是由0. Imol -L-I的氟化氢与2. Omol -L-I的硫酸组成的混合溶液。 将称量好的氟化氢置于烧杯中并加入去离子水，充分搅拌至氟化氢与去离子水完全混合均勻。在溶解有氟化氢的水溶液中加入硫酸，充分搅拌使氟化氢的水溶液与硫酸混合均勻，得到氟化氢电解液。硝酸银电解液是由0. 02 0. 5mol · L-I的硝酸银、0. Imol · L-I的硝酸钾和 11. 89g · L-I的聚乙二醇组成的水溶液。在烧杯中加入去离子水，将称量好的聚乙二醇、硝酸银和硝酸钾依次加入去离子水中，搅拌至聚乙二醇、硝酸银和硝酸钾完全溶解，得到硝酸银电解液。饱和氯化钾电解液是在去离子水中加入氯化钾，并不断搅拌，直至氯化钾不再溶解且有氯化钾析出，得到饱和氯化钾电解液。硫酸钠电解液为0. Olmol -L-I的硫酸钠溶液。在烧杯中加入去离子水，将称量好的硫酸钠加入去离子水中，充分搅拌至硫酸钠完全溶解，得到硫酸钠电解液。步骤3，制备Ti02纳米管阵列。采用阳极氧化法在钛箔表面制备Ti02纳米管阵列。将直流电源的正极连接钛箔，负极连接钼网；将氟化铵电解液或氟化氢电解液导入烧杯中。将钛箔和钼网垂直地置于烧杯内，并使钛箔下端浸入氟化铵电解液或氟化氢电解液液面下lcm，使钼网完全浸入所述电解液中。钛箔和钼网之间相距2cm。将装有钛箔和钼网的烧杯放置在恒温磁力搅拌器上，得到制备Ti02纳米管阵列的阳极氧化装置，利用该装置对钛箔进行阳极氧化。氧化温度为17 30°C。使用氟化铵电解液在钛箔表面制备Ti02纳米管阵列时，氧化电压为30V，氧化时间为4h。使用氟化氢电解液在钛箔表面制备Ti02纳米管阵列时，氧化电压为20V，氧化时间为lh。氧化结束后，用去离子水清洗经过氧化的钛箔。 将经过氧化的钛箔自然风干后放入电阻炉中煅烧。煅烧温度为500°C，煅烧lh，随炉冷却， 得到Ti02纳米管阵列。步骤4，制备盐桥。把90g的硝酸钾溶解在IOOg去离子水中，通过水浴锅将溶液加热至60°C并保温，得到硝酸钾溶液。在硝酸钾溶液中加入质量为9. 5g的琼脂，升温至90°C 溶解所加入的琼脂。把溶液灌入U形玻璃管中，自然冷却到20°C，即形成装有硝酸钾和琼脂固体混合物的盐桥。步骤5，在Ti02纳米管阵列表面光沉积银。将硝酸银电解液导入烧杯内；将Ti02 纳米管阵列置本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种制备太阳能电池光阳极的方法，其特征在于，具体过程如下：步骤１，处理钛箔基体：将钛箔切割成条，抛光，用丙酮、无水乙醇和去离子水依次各超声波清洗５ｍｉｎ；超声波功率均为２００瓦；步骤２，配制电解液：电解液为氟化铵电解液或氟化氢电解液、硝酸银电解液、饱和氯化钾电解液和硫酸钠电解液；其中：氟化铵电解液由０．２５ｗｔ％的氟化氨、２．５ｖｏｌ％的去离子水和９７．５ｖｏｌ％的乙二醇组成；将称量好的氟化氨置于烧杯中并加入去离子水，搅拌至氟化氨完全溶解；在溶解有氟化氨的水溶液中加入乙二醇，充分搅拌使氟化氨的水溶液与乙二醇混合均匀，得到氟化氨与乙二醇的混合溶液；用２．０ｍｏｌ·Ｌ－１的硫酸溶液将氟化氨与乙二醇的混合溶液ＰＨ值调至６，得到氟化铵电解液；氟化氢电解液是由０．１ｍｏｌ·Ｌ－１的氟化氢与２．０ｍｏｌ·Ｌ－１的硫酸组成的混合溶液。将称量好的氟化氢置于烧杯中并加入去离子水，充分搅拌至氟化氢与去离子水完全混合均匀；在溶解有氟化氢的水溶液中加入硫酸，充分搅拌使氟化氢的水溶液与硫酸混合均匀，得到氟化氢电解液；硝酸银电解液是由０．０２～０．５ｍｏｌ·Ｌ－１的硝酸银、０．１ｍｏｌ·Ｌ－１的硝酸钾和１１．８９ｇ·Ｌ－１的聚乙二醇组成的水溶液；在烧杯中加入去离子水，将称量好的聚乙二醇、硝酸银和硝酸钾依次加入去离子水中，搅拌至聚乙二醇、硝酸银和硝酸钾完全溶解，得到硝酸银电解液；饱和氯化钾电解液是在去离子水中加入氯化钾，并不断搅拌，直至氯化钾不再溶解且有氯化钾析出，得到饱和氯化钾电解液；硫酸钠电解液为０．０１ｍｏｌ·Ｌ－１的硫酸钠溶液；在烧杯中加入去离子水，将称量好的硫酸钠加入去离子水中，充分搅拌至硫酸钠完全溶解，得到硫酸钠电解液；步骤３，制备ＴｉＯ２纳米管阵列：采用阳极氧化法在钛箔表面制备ＴｉＯ２纳米管阵列；将直流电源的正极连接钛箔，负极连接铂网；将氟化铵电解液或氟化氢电解液导入烧杯中；将钛箔和铂网垂直地置于烧杯内，并使钛箔下端浸入氟化铵电解液或氟化氢电解液液面下１ｃｍ，使铂网完全浸入所述电解液中；钛箔和铂网之间相距２ｃｍ；将装有钛箔和铂网的烧杯放置在恒温磁力搅拌器上，得到制备ＴｉＯ２纳米管阵列的阳极氧化装置，利用该装置对钛箔进行阳极氧化；氧化温度为１７～３０℃；使用氟化铵电解液在钛箔表面制备ＴｉＯ２纳米管阵列时，氧化电压为３０Ｖ，氧化时间为４ｈ；使用氟化氢电解液在钛箔表面制备ＴｉＯ２纳米管阵列时，氧化电压为２０Ｖ，氧化时间为１ｈ；氧化结束后，用去离子水清洗经过氧化的钛箔；将经过氧化的钛箔自然风干后放入电阻炉中煅烧；煅烧温度为５００℃，煅烧１ｈ，随炉冷却，得到ＴｉＯ２纳米管阵列；步骤４，制备盐桥：把９０ｇ的硝酸钾溶解在１００ｇ去离子水中，通过水浴锅将溶液加热至６０℃并保温，得到硝酸钾溶液；在硝酸钾溶液中加入质量为９．５ｇ的琼脂，升温至９０℃溶解所加入的琼脂；把溶液灌入Ｕ形玻璃管中，自然冷却到２０℃，即形成装有硝酸钾和琼脂固体混合物的盐桥；步骤５，在ＴｉＯ２纳米管阵列表面光沉积银：将硝酸银电解液导入烧杯内；将ＴｉＯ２纳米管阵列置于烧杯中，并使ＴｉＯ２纳米管阵列表面朝上浸入到硝酸银电解液中；通过紫外光源垂直照射ＴｉＯ２纳米管阵列表面；光源波峰为３６５ｎｍ，光强为８００～１４００ｍｗ·ｃｍ－２，沉积时间为２～１０ｍｉｎ，得到经过银修饰的ＴｉＯ２纳米管阵列光阳极。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈福义，樊莉红，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：87