本发明专利技术公开了一种Ti-Si复合氧化物修饰的杂化电极制备方法。配制Ti-Si复合溶胶，将纳米晶二氧化钛膜浸泡其中，3~30分钟后取出冲洗烘干，400-500℃退火1-2小时，即可得到Ti-Si复合氧化物修饰的TiO2杂化电极。该方法提高了染料敏化太阳能电池的短路电流和光电转化效率，而且设备要求低，工艺简单，成本低廉，具有好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于光伏材料与器件领域。
技术介绍
染料敏化太阳能电池是一种电化学电池，网状多孔的纳米晶二氧化钛构成光阳极的骨架，吸附其上的染料受光子激发产生电子注入到二氧化钛导带并流到外电路做功后流回对电极。氧化钛的染料被电解质还原，而电解质接收流回对电极的电子而再生。在这个过程中存在有电子与电解质复合，以及电子与激发态染料复合等几种情况。其中纳米晶二氧化钛/电 解质界面的电子与电解质复合是其中最为严重的一种。由于纳米晶二氧化钛层直接与电解质接触，由染料注入到二氧化钛的光生电子比较容易回传到电解质产生复合， 严重影响染料敏化电池的光电转化效率。电子的复合程度强烈地影响着电池的光电转换效率。如何减少电子复合是提升电池性能的有效途径。国内外研究者为了减小该界面处的电子复合，在纳米晶二氧化钛上引入一层宽禁带材料，如&02，Nb2O5，MgO, ZnO, Al2O3，CaCO3等，抑制光生电子回传到电解质，提高了光电转化效率。但由于这些材料的禁带宽度很大，电池的性能对其膜厚非常敏感，增加了电池制备过程操作进度的要求。因为膜厚达到一定值后，在减小光生电子回传到电解质的同时也极大地减小了染料上光生电子注入到纳米晶二氧化钛层上，从而减小了电流密度，降低了电池光电转化效率。另夕卜，SujuanWu等(参见SujuanWu, H. Han, Q. Tai, J. Zhang, S. Xu, C. Zhou, Y. Yang, H. Hu, B. Chen, B. Sebo, Χ. -Ζ. Zhao, Nanotechnology, 19 (2008) 215704) 磁控溅射方法制备了 MgO等大禁带氧化，也改善了电池性能。但真空设备的使用增加了电池的制备成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种简便、便宜的染料敏化太阳能电池光阳极的修饰方法。本专利技术技术方案是将钛酸四丁脂和正硅酸乙酯倒入无水乙醇与二乙醇胺的混合溶液，于60摄氏度搅拌 30分钟，过滤得到Ti-Si复合溶胶，Ti-Si复合溶胶中Si含量为Ti摩尔含量的5% 25%，Ti 浓度在 0. 05-0. 3mol/l ；将纳米晶二氧化钛膜浸泡于复合溶胶中3-30钟，然后取出，冲洗烘干，在400-500°C退火1-2小时，即得到Ti-Si复合氧化物修饰的Ti02杂化电极。如上所述的方案中，通过涂覆法制备纳米晶二氧化钛薄膜，纳米晶二氧化钛薄膜的浆料由水热合成制得。用N719敏化本专利技术所制得的杂化电极，并滴加氧化还原电解质于该杂化电极上，加盖对电极，即可组装成染料敏化太阳能电池。氧化还原电解质配比为0. 1 mol/1 l-propy-3-methylimidazolium iodide (1_丙基_3_ 甲基咪唑碘)，0. 05 mol/1 LiI, 0.1 mol/1 GNCS, 0.03 mol/1 I2, 0.5 mol/1 4-iert-butylpridine (4-叔丁基吡啶)，溶剂为碳酸丙烯脂与乙腈的混合溶液(体积比为1:1)。本专利技术的有益效果在于提供一种Ti-Si复合氧化物修饰的杂化电极制备方法， 采用溶胶浸泡法制备Ti-Si复合氧化物修饰的杂化电极，既让光生电子能注入纳米晶二氧化钛，也能有效阻止纳米晶二氧化钛/电解质界面的电子复合，提升了光电转化效率。该方法工艺简单，成本低廉，重复性好。具体实施例方式以下结合具体的实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。实施例1掺5%Si含量的Ti-Si复合氧化物修饰的TiO2杂化电极 水热合成 TiO2 菜料(参见 S. Ito, T. Murakami, P. Comte, P. Li ska, C. Gr tzel, Μ. Nazeeruddin, Μ. Gr tzel, Thin Solid Films, 516 (2008) 4613-4619.)，将其涂覆到导电薄膜(FTO)上，在450-550°C退火1小时，制备出纳米晶二氧化钛多孔膜。将IOOml 无水乙醇与0. 2^1. Oml 二乙醇胺搅拌混合5分钟；向该溶液中加入0. 005mol钛酸四丁脂和 5%Ti摩尔含量的正硅酸乙酯，于60°C搅拌30分钟，过滤即得掺5%Si含量的Ti-Si复合溶胶。将纳米晶二氧化钛膜浸泡其中，30分钟后取出冲洗烘干，400°C退火1小时，即可得到掺 Si含量为5%的Ti-Si复合氧化物修饰的TiO2杂化电极。用N719敏化本专利技术所制得的光阳极，并滴加氧化还原电解质于该光阳极上，其配比为 0.1 mol/1 l-propy-3-methylimidazolium iodide (1_ 丙基 _3_ 甲基咪唑碘)，0. 05 mol/1 LiI, 0.1 mol/1 GNCS, 0.03 mol/1 I2, 0.5 mol/1 4-iert-butylpridine (4-叔丁基吡啶)，溶剂为碳酸丙烯脂与乙腈的混合溶液(体积比为1:1)，加盖对电极组装成染料敏化太阳能电池测试光电转化性能。在室温下，使用1000W模拟太阳光光源氙灯(Oriel 91192，USA), Keithly 2400 source meter，辐照强度为lOOW/cm2，电池受光照面积为0. 25cm2条件下测量光电能量转换效率为6. 6%，比未经修饰的纳米晶太阳能电池(6. 34%)高出4. 1%，其短路电流从14. 63 mA*cnT2 大幅提升到 15. 92 mA*cnT2。实施例2掺15%Si含量的Ti-Si复合氧化物修饰的TiO2杂化电极水热合成 TiO2 菜料(参见 S. Ito, T. Murakami, P. Comte, P. Li ska, C. Gr tzel, Μ. Nazeeruddin, Μ. Gr tzel, Thin Solid Films, 516 (2008) 4613-4619.)，将其涂覆到导电薄膜(FTO)上，在450-550°C退火1小时，制备出纳米晶二氧化钛多孔膜。将100ml 无水乙醇与0. 2^1. Oml 二乙醇胺搅拌混合5分钟；向该溶液中加入0. 015mol钛酸四丁脂和 15%Ti摩尔含量的正硅酸乙酯，于60°C搅拌30分钟，过滤即得掺15%Si含量的Ti-Si复合溶胶。将纳米晶二氧化钛膜浸泡其中，15分钟后取出冲洗烘干，450°C退火2小时，即可得到掺Si含量为15%的Ti-Si复合氧化物修饰的TiO2杂化电极。用N719敏化本专利技术所制得的光阳极，并滴加氧化还原电解质于该光阳极上，其配比为 0.1 mol/1 l-propy-3-methylimidazolium iodide (1_ 丙基 _3_ 甲基咪唑碘)，0. 05 mol/1 LiI, 0.1 mol/1 GNCS, 0.03 mol/1 I2, 0.5 mol/1 4-iert-butylpridine (4-叔丁基吡啶)，溶剂为碳酸丙烯脂与乙腈的混合溶液(体积比为1:1)，加盖对电极组装成染料敏化太阳能电池测试光电转化性能。在室温下，使用1000W模拟太阳光光源氙灯(Oriel 91192，USA), Keithly 2400 source meter，辐照强度为lOOW/cm2，电池受光照面本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种染料敏化太阳能电池光阳极的修饰方法，其特征在于：将钛酸四丁脂和正硅酸乙酯倒入无水乙醇与二乙醇胺的混合溶液，于６０摄氏度搅拌３０分钟，过滤得到Ｔｉ－Ｓｉ复合溶胶，Ｔｉ－Ｓｉ复合溶胶中Ｓｉ含量为Ｔｉ摩尔含量的５％～２５％，Ｔｉ浓度在０．０５－０．３ｍｏｌ／ｌ；将纳米晶二氧化钛膜浸泡于复合溶胶中３－３０钟，然后取出，冲洗烘干，在４００－５００℃退火１－２小时，即得到Ｔｉ－Ｓｉ复合氧化物修饰的ＴｉＯ２杂化电极。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵兴中，孙小华，刘钰旻，台启东，黄妞，彭天右，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：83
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