一种光阳极及其制备方法、染料敏化太阳能电池技术

本发明专利技术公开了一种光阳极及其制备方法、染料敏化太阳能电池，该光阳极包括导电基底以及导电基底上的掺杂的二氧化钛，所述掺杂的二氧化钛中掺杂有纳米级的第ⅠB族、第Ⅷ族中的金属中的任意一种或几种。上述纳米级的金属具有尺寸效应以及量子效应，通过太阳光照射能引起表面等离子共振效应，由于二氧化钛为上述纳米级的金属的基底材料，上述纳米级的金属的等离子共振效应明显，所以在太阳光作为等离子共振效应激发光的条件下，从而使得包括掺杂有上述纳米级的金属的二氧化钛的光阳极能够吸收更多的太阳光的能量，提高包括该光阳极的染料敏化太阳能电池的光电转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种光阳极及其制备方法、染料敏化太阳能电池
本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种光阳极及其制备方法、染料敏化太阳能电池。
技术介绍
在全世界的能源结构中，石油、天然气、煤等一次性石化能源占据主体地位。随着石化能源的锐减和环境污染的日益严重，开发清洁可再生的能源迫在眉睫。在人类可以预测的未来时间内，太阳能作为人类取之不尽用之不竭的洁净能源，不产生任何的环境污染，几乎不受任何地理环境的限制。九十年代以来，以瑞士洛桑高等工业学院的M.Gratzel为首的研究小组开发了染料敏化太阳能电池，在太阳能电池市场中，染料敏化太阳能电池展现了太阳能电池的一个新的发展方向，具有成本低、易于制作，弱电相对转化率高等优点，虽然其稳定性和转化效率在现阶段还有待提高，但是该电池仍被认为是最有应用前景的一类太阳能电池。染料敏化太阳能电池是一种基于植物叶绿素光合作用原理研制的太阳能电池，是一种使用宽禁带半导体材料的太阳能电池。宽带隙半导体本身有较高的热力学稳定性和光化学稳定性，然而捕获太阳光的能力非常差，但将适当的染料吸附到半导体表面上，借助于染料对可见光的强吸收，可将半导体的光谱响应拓宽到可见光区，这种现象称为半导体的敏化作用，这种载有染料的半导体称为染料敏化半导体电极。作为染料吸附的载体，纳米二氧化钛由于其光稳定性、无毒、高比表面积等特点，广泛用于染料电池上。目前染料敏化太阳能电池主要包括光阳极、光阴极、染料以及电解质四个部分，其中，光阳极包括导电基底以及导电基底上的纳米二氧化钛膜层。纳米二氧化钛膜层不仅是光电转换活性物质-染料的支撑和吸附载体，同时也是电子的传输体。纳米二氧化钛膜层在光电转换过程中吸收太阳光，由于二氧化钛的带隙为3.7eV，所以二氧化钛膜层只能吸收紫外波段光谱的能量，从而使得染料敏化太阳能电池只能吸收太阳光的紫外波段光谱的能量，且染料敏化太阳能电池无法对太阳光的全波段光谱的吸收与利用。目前，虽然染料敏化太阳能电池可以吸收太阳光，进行光电转换，但是其对太阳能的利用率很低，导致光电转换效率低下。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种光阳极及其制备方法，染料敏化太阳能电池，在太阳光作为等离子共振效应激发光的条件下，从而使得包括掺杂的二氧化钛的光阳极能够吸收更多的太阳光的能量，提高包括该光阳极的染料敏化太阳能电池的光电转换效率。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是提供一种光阳极，包括导电基底以及导电基底上的掺杂的二氧化钛，所述掺杂的二氧化钛中掺杂有纳米级的第ⅠB族、第Ⅷ族中的金属中的任意一种或几种。优选的是，纳米级的所述第ⅠB族、第Ⅷ族中的金属中的任意一种或几种的混合物的总质量占掺杂的二氧化钛的质量的0.01%～5%。优选的是，所述第ⅠB族、第Ⅷ族中的金属为铜、银、金中的任意一种或几种。优选的是，所述二氧化钛的粒径为20nm～30nm，比表面积为90m2/g～120m2/g;和/或纳米级的所述第ⅠB族、第Ⅷ族中的金属的粒径为5nm～10nm。本专利技术还提供一种上述的光阳极的制备方法，包括以下步骤：将导电基底上的二氧化钛浸泡于包含纳米级的第ⅠB族、第Ⅷ族中的金属中的任意一种或几种的悬浮液中，取出后干燥得到光阳极。优选的是，在所述悬浮液中，当所述二氧化钛饱和吸附纳米级的所述第ⅠB族、第Ⅷ族中的金属中的任意一种或几种后，取出后干燥得到光阳极。优选的是，制备纳米级的所述第ⅠB族、第Ⅷ族中的金属的方法包括以下步骤：（1）向包含所述第ⅠB族、第Ⅷ族中的金属中的任意一种或几种的无机化合物的水溶液中加入离子型表面活性剂，得到第一混合水溶液；（2）在所述第一混合水溶液中加入还原剂得到第二混合水溶液，然后生成沉淀，所述沉淀为纳米级的所述第ⅠB族、第Ⅷ族中的金属。优选的是，所述还原剂为抗坏血酸、硼氢化纳，乙二醇、丙三醇中的任意一种或几种，和/或所述离子型表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、对十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮。优选的是，包含所述第ⅠB族、第Ⅷ族中的金属中的任意一种或几种的无机化合物的水溶液的浓度为0.1mM～100mM；和/或所述第一混合水溶液中的离子型表面活性剂的浓度为0.2mM～400mM；和/或第二混合水溶液中的还原剂的浓度为0.1mM～200mM。优选的是，所述步骤（2）中再加入还原剂得到第二混合水溶液后，对所述第二混合水溶液通过水热法、加热回流、微波辐照等方式进行加热，所述加热温度为80℃～150℃，加热时间为2小时～24小时。本专利技术还提供一种染料敏化太阳能电池，包括上述的光阳极。本专利技术中的光阳极中的掺杂的二氧化钛中掺杂有纳米级的第ⅠB族、第Ⅷ族中的金属中的任意一种或几种，上述纳米级的金属具有尺寸效应以及量子效应，通过太阳光照射能引起表面等离子共振效应。由于二氧化钛为上述纳米级的金属的基底材料，上述纳米级的金属的等离子共振效应明显，所以在太阳光作为等离子共振效应激发光的条件下，从而使得包括掺杂有上述纳米级的金属的二氧化钛的光阳极能够吸收更多的太阳光的能量，提高包括该光阳极的染料敏化太阳能电池的光电转换效率。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。实施例1本实施例提供一种制备纳米级的金属铜的方法，包括以下步骤：（1）配置20mM的氯化铜水溶液，向该水溶液加入离子型表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮，得到第一混合水溶液，其中，第一混合水溶液中的聚乙烯吡咯烷酮的浓度为100mM。（2）在上述第一混合水溶液中加入还原剂抗坏血酸加入后得到第二混合水溶液，其中第二混合水溶液中的抗坏血酸的浓度为80mM。对第二混合水溶液通过水热法的方式进行加热，其中加热温度为150℃，加热时间为24小时，在加热过程中出现纳米级的金属铜的沉淀，并收集纳米级的金属铜的沉淀，且纳米级的金属铜的粒径为5nm。本实施例提供一种纳米级的金属铜，其由上述方法制备的。本实施例中的导电基底上的二氧化钛的制备方法如下：将二氧化钛用乙醇做分散剂超声分散，其中，二氧化钛的粒径为20nm，比表面积为120m2/g，再向其中加入松油醇和乙基纤维素，其中，乙基纤维素和松油醇的质量比为1∶6，加入的乙基纤维素和松油醇的总质量份数与二氧化钛的质量份数比为3∶1，搅拌均匀得到染料敏化太阳能电池用的光阳极浆料。将上述的光阳极浆料搅拌一小时后，将该浆料在导电基底上涂膜，将涂好膜的导电基底在马弗炉中450℃煅烧30分钟，冷却到室温，导电玻璃上的膜厚在8～15μm之间，得到导电基底上的二氧化钛。该导电基底上的二氧化钛的粒径为20nm，比表面积为120m2/g，在上述烧制光阳极过程中，烧制前后二氧化钛的粒径以及比表面积基本不发生变化。导电基底上的二氧化钛的制备为一种常规的制备方法，且为本领域技术人员所公知的方法，并不限于上述方法也可以采用其它的制备方法，这里不再赘述。现有技术中得到的光阳极即包括该导电基底，以及导电基底上的二氧化钛。本实施例提供一种光阳极的制备方法，包括以下步骤：将上述纳米级的金属铜的沉淀配制成纳米级的金属铜的悬浮液，将该导电基底上的二氧化钛浸泡于上述悬浮液中，浸泡一段时间后，取出后干燥得到光阳极。这样在该光阳极的导电基底上的二氧化钛中掺杂了纳米级的金属铜，从而得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光阳极，其特征在于，包括导电基底以及导电基底上的掺杂的二氧化钛，所述掺杂的二氧化钛中掺杂有纳米级的第ⅠB族、第Ⅷ族中的金属中的任意一种或几种。

【技术特征摘要】
1.一种光阳极，其特征在于，包括导电基底以及导电基底上的掺杂的二氧化钛，所述掺杂的二氧化钛中掺杂有单质的纳米级的铜或钴，所述二氧化钛的粒径为20nm～30nm，比表面积为90m2/g～120m2/g；和纳米级的铜或钴的粒径为5nm～10nm。2.根据权利要求1所述的光阳极，其特征在于，纳米级的所述铜或钴的质量占掺杂的二氧化钛的质量的0.01％～5％。3.一种权利要求1～2任意一项所述的光阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将单质的纳米级的金属铜或钴的沉淀配制成纳米级的金属铜或钴的悬浮液，将导电基底上的二氧化钛浸泡于包含单质的铜或钴的悬浮液中，取出后干燥得到光阳极。4.根据权利要求3所述的光阳极的制备方法，其特征在于，在所述悬浮液中，当所述二氧化钛饱和吸附纳米级的铜或钴后，取出后干燥得到光阳极。5.根据权利要求3所述的光阳极的制备方法，其特征在于，制备纳米级的铜或钴的方法包括以下步骤：(1)向包含所述铜或钴的无机化合物的水溶液中加入离子型表面活性剂，得到第一混合水...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢磊，曾绍忠，焦方方，王秀田，陈效华，
申请(专利权)人：奇瑞汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：