一种用于染料敏化太阳能电池的TiO2纳米管阵列及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于染料敏化太阳能电池的TiO2纳米管阵列，该TiO2纳米管阵列为金属Cu掺杂改性的TiO2纳米管阵列，且具有DNA螺旋状或筛网状的三维纳米结构。本发明专利技术还公开了该Cu掺杂TiO2纳米管阵列的制备方法，通过电化学阳极氧化法，直接在铜钛合金丝基体构筑的具有DNA螺旋结构或筛网结构的基体上生长出具有三维结构、且具有较强可见光响应性能的TiO2纳米管阵列。本发明专利技术制备的Cu掺杂改性TiO2纳米管阵列及三维结构，有效拓展了TiO2的禁带宽度，增加了TiO2纳米管阵列的比表面积，从而能够显著提高TiO2半导体对染料的吸附能力并获得对太阳光的高效吸收，有利于染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池光电转换性能的改善。该方法工艺简单、成本低廉、可控程度高。

【技术实现步骤摘要】
一种用于染料敏化太阳能电池的TiO2纳米管阵列及其制备方法
本专利技术涉及一种用于染料敏化太阳能电池光阳极的二氧化钛(TiO2)纳米管阵列，尤其涉及一种具有三维(3D)结构的Cu掺杂改性TiO2纳米管阵列及其制备方法。
技术介绍
作为第三代太阳能电池的染料敏化太阳能电池，其成本低廉，制作工艺简单，对环境友好，潜在较高光电转换效率等优点，具有十分广阔的应用前景。在染料敏化太阳能电池中，光阳极材料是其核心组成部分，而TiO2作为一种资源丰富、安全无毒、化学性质稳定的半导体材料，其优异的表面性能、染料吸附能力以及在电荷分离和电子传输等方面表现出的优势使其成为目前研究最为成功的染料敏化半导体材料。染料敏化太阳能电池通常采用TiO2纳米晶多孔薄膜作为染料吸附和电子传输层。但是由于纳米颗粒边界较多，在传输过程中会使电子的损失较多,影响光电转换效率。相比之下，TiO2纳米管以其优异的物理和化学性能在染料敏化太阳能电池领域得到了快速发展。然而，由于TiO2的禁带宽度较宽，约为3.0eV～3.2eV，使得只有小于5％的紫外光区域的太阳光能够被吸收利用，因此，严重制约了其对太阳光的高效吸收。为了克服Ti本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于染料敏化太阳能电池的TiO2纳米管阵列，其特征在于，该TiO2纳米管阵列具有DNA螺旋状或筛网状的三维纳米结构，该TiO2纳米管阵列的结构单元为Cu掺杂改性的TiO2纳米管。

【技术特征摘要】
1.一种用于染料敏化太阳能电池的TiO2纳米管阵列的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、预处理：将二元铜钛合金丝基体进行打磨、抛光、清洗；步骤二、将该预处理后的铜钛合金丝构筑成具有DNA螺旋结构或筛网结构的基体，然后在无水乙醇中采用超声波清洗，然后再干燥备用；步骤三、配置甲酰胺基电解液；步骤四、将该DNA螺旋结构或筛网结构的基体浸入到该甲酰胺基电解液中作为阳极，采用高纯铂片电极作为对电极进行阳极氧化，在DNA螺旋结构或筛网结构的基体表面上得到Cu掺杂TiO2纳米管阵列前驱体薄膜；步骤五、将步骤四得到的表面生长有Cu掺杂改性TiO2纳米管阵列前驱体薄膜的DNA螺旋结构或筛网结构的基体在无水乙醇中超声波处理，然后用去离子水清洗，再采用氮气或氩气将其吹干备用；步骤六、将该干燥后的表面生长有Cu掺杂改性TiO2纳米管阵列前驱体薄膜的DNA螺旋结构或筛网结构的基体放入陶瓷器皿中，并用同样大小的陶瓷器皿盖住，然后在炉中将其进行退火晶化处理，得到该用于染料敏化太阳能电池的Cu掺杂改性的TiO2纳米管阵列；所述TiO2纳米管阵列的晶相组成为锐钛矿相和金红石相混合的复合晶相，其中金红石相所占的质量比为0～15％，且所述金红石相不为0。2.根据权利要求1所述的用于染料敏化太阳能电池的TiO2纳米管阵列的制备方法，其特征在于，步骤一中铜钛合金丝基体的组成为：铜和钛总的质量百分含量为100％，铜的质量百分含量为1％～49％，钛的质量百分含量为51％～99％，铜、钛纯度均为99％～99.99％。3.根据权利要求1所述的用于染料敏化...

【专利技术属性】
技术研发人员：马清，陈建军，刘绍军，檀满林，李冬霜，符冬菊，
申请(专利权)人：深圳清华大学研究院，中南大学，
类型：发明
国别省市：