本发明专利技术属于太阳能光伏技术领域，涉及一种丝状染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法。将钛丝在制备二氧化钛纳米颗粒膜之前，用强碱水热以及钛盐辅助处理的方法对钛丝表面进行处理，在钛丝表面形成一层特殊的纳米多孔网状结构的二氧化钛膜层。这层纳米多孔膜层可以改善二氧化钛纳米颗粒膜与钛丝基底之间的接触，从而改善电池内部的电子传输。本发明专利技术提出了一种效率更优的丝状染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，其工艺简单、成本低廉。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于纳米器件领域，也属于光伏
技术介绍
染料敏化太阳能电池是一类将太阳能转化为电能的光电化学电池，其转化效率已经达到12%以上。虽然染料敏化电池的效率不是很高，但是它有很多优势，如低成本、易大面积化、在弱光或漫射光下依然具有较好的性能、可与建筑中的材料相兼容(可实现实用化)。基于这些优势，染料敏化太阳能电池是取代硅基电池的一个很好的选择。染料敏化太阳能电池的作用机理是仿照绿叶光合作用的。电池由以下几个部分组成:半导体氧化物形成的光阳极、染料、电解质、具有催化性和导电性的对电极。其作用机理即是太阳光使染料分子受激激发出电子，光生电子转移到光阳极半导体氧化物的导带，然后通过半导体氧化物传递到导电基底上，然后电子传输到外电路形成电流，并到达对电极，完成一个循环。其中，染料起着吸收光能形成电子的作用，电解质起着氧化还原的作用，光阳极半导体氧化物起着传递电子的作用。目前研究的较多的是平面染料敏化电池。它是一种基于导电玻璃基底的传统的器件结构。二氧化钛致密层以及多孔层依次涂抹在氟掺杂锡氧化物导电玻璃(FTO)上作为光阳极。对电极即将钼磁控溅射沉积在氧化铟锡导电玻璃(ITO)上。这种传统的基于导电玻璃的染料敏化电池虽然制备简单、效率高，但是它却制约着染料敏化电池的发展。首先，玻璃导电基底的大量应用增加了染料敏化电池的成本；其次，玻璃是一种易碎的刚性材料，这一点限制了染料敏化电池在实际生产中的应`用。基于以上一些限制，现在发展了许多基于柔性基底的染料敏化电池的研究。柔性染料敏化电池一般是基于导电柔性塑料和导电金属基底。导电柔性塑料的优点是具有柔性和可透光性，但是其可承受的温度一般不超过200°C，因而制备的光阳极连接性和结晶性都不好，且二氧化钛与塑料基底的附着力也不是很好，这些都导致了以PET等塑料为基底的柔性电池的效率很低。应用的最多的导电金属基底是钛基底，导电金属基底的优点是其柔性且可承受高温，但是它的缺点是不透光，那么光则必须从背面入射，这样会损失大量的光。在钛基底上制备光阳极现在最成熟最常用的工艺就是用阳极氧化法直接生长二氧化钛纳米管，这种原位生长是钛基底的一个优点，钛基底的另外一个优点是其导电率要好于导电玻璃，有利于电子的收集和传输。目前在钛基底上制备光阳极组装成的染料敏化太阳能电池的效率最高可以达到6% 7%。为了改善光的吸收方式以及开发更广泛的用途，现在很多研究集中于三维的染料敏化太阳能电池，即以纤维状基底为基础的研究，比如:碳纤维、光纤材料以及各种金属丝。而基于金属丝为基底的染料敏化太阳能电池的制备[Fan Xing,Zou De-chun, et al,Wire-Shaped Flexible Dye-Sensitized Solar Cells, Advanced Material 2008(20):592-595]是目前研究的最多的纤维状染料敏化太阳能电池。这种电池器件一般是在金属丝表面上附着一层半导体纳米薄膜作为光阳极，利用钼丝做对电极，光阳极和对电极缠绕组装成一种三维染料敏化太阳能电池[CN102347147A，Zou De-chun]。在以金属丝为基底的染料敏化太阳能电池中，效率最高且性能最稳定的是钛丝。对于以钛丝为基底的丝状染料敏化太阳能电池，最常用的光阳极的制备方法是对钛丝进行阳极氧化，在钛丝表面直接生长二氧化钛纳米管作为光阳极，这种方法也是最为普遍的一种方法。在 Liu 等人[Liu Zhao-yue, Mano Misra, Dye-Sensitized PhotovoltaicffiresUsing Highly Ordered Ti02 Nanotube Arrays, ACS NANO 2010(4): 2196-2200]的研究中，对钛丝进行阳极氧化，生长的55 μ m长的二氧化钛纳米管作为光阳极材料，光阳极与钼丝平行组装形成丝状染料敏化太阳能电池，其效率可以达到2.46%。在Huang等人[Huang Shu-qing, Meng Qing-bo, et al, Highly efficient fibrous dye-sensitizedsolar cells based on Ti02 nanotube arrays, Nanotechnology 2011(22): 315202]的研究中，将阳极氧化原位生长的20 μ m长的二氧化钛纳米管作为光阳极，再经过四氯化钛处理形成颗粒层复合，经过缠绕组装，最后效率可以达到4%左右。虽然阳极氧化的方法应用较为普遍，但是这种方法制备复杂，成本较高，而且一维纳米管状结构不利于染料吸收，需要花大量时间制备较长的二氧化钛纳米管，才可以获得较理想的效率。而另外一种常用的制备丝状光阳极的方法是制备一定的浆料，通过提拉涂抹等方式将二氧化钛颗粒层制备在钦丝表面。如 Lv 等人[Lv Zh1-bin, Zou De-chun, et al, Large size high e ciency ber-shaped dye-sensitized solar cells, Phys Chem Chem Phys 2011(13):10076-10083]通过提拉的方法在钛丝表面制备一层23 μ m厚的纳米颗粒多孔层，通过钼丝缠绕制备纤维状染料敏化太阳能电池，其效率可以达到5.05%。这种光阳极制备方法具有操作简单、成本低廉、效率高等优势。在用浆料提拉涂抹方式制备丝状光阳极的方法中[WangDan，Zou De-chun, et al, Fiber-shaped all-solid state dye sensitized solar cellwith remarkably enhanced performance via substrate surface engineering and Ti02Im modi cation, Journal of Materials Chemistry 2011 (21): 6383-6388]，现在普遍对钛丝基底进行预处理的方法是通过高温烧结，在钛丝表面形成一层钝化氧化层，起到致密层的作用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种效率更优的丝状染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法。本专利技术通过对钛丝进行处理，在钛丝表面获得具有纳米多孔结构的二氧化钛膜层。此纳米膜层可以改善二氧化钛纳米颗粒膜与钛丝基底之间的接触，有利于改善电池内部电子传输，从而提高此类丝状染料敏化太阳能电池的效率。本专利技术将用作基底的钛丝放在强碱NaOH溶液中进行水热反应，从而在钛丝表面形成多孔的纳米结构，然后通过四氯化钛处理改善这些多孔纳米结构的界面，最终在钛丝表面形成一层纳米多孔二氧化钛膜层，再通过提拉涂抹法在钛丝表面制备二氧化钛纳米颗粒膜层。这种丝状光阳极的制备方法主要包括如下步骤: (1)对经过清洗并烘干的钛丝浸入在IOM的NaOH水溶液中，在100_160°C下反应2_12小时，随后用稀酸和去离子水进行清洗，烘干后在400-500°C下烧结30分钟； (2)将经过强碱水热处理后的钛丝置入40-50mM的钛盐溶液中70°C下处理30-40分钟，随后清洗烘干后在450-500°C下烧结30分钟； 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种丝状染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）对经过清洗并烘干的钛丝浸入在10M的NaOH水溶液中，在100?160℃下反应2?12小时，随后用稀酸和去离子水进行清洗，烘干后在400?500℃下烧结30分钟；?（2）将经过强碱水热处理后的钛丝置入40?50mM的钛盐溶液中70℃下处理30?40分钟，随后清洗烘干后在450?500℃下烧结30分钟；（3）将制备好的二氧化钛纳米颗粒浆料提拉或者涂抹在钛丝上面，经过450～500℃的高温烧结形成光阳极。
【技术特征摘要】
1.一种丝状染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)对经过清洗并烘干的钛丝浸入在IOM的NaOH水溶液中，在100_160°C下反应2_12小时，随后用稀酸和去离子水进行清洗，烘干后在400-500°C下烧结30分钟； (2)将经过强碱水热处理后的钛丝置入40-50mM的钛盐溶液中70°C下处理30-4...
【专利技术属性】
技术研发人员：方国家，陶洪，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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