[发明专利]一种用于光电池的纳米晶氧化钛胶体制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高浓度纳米晶氧化钛胶体的制备方法，更确切地说，涉及一种用于光电池的氧化钛胶体的制备方法。属于纳米材料领域。

背景技术

环境恶化和能源短缺已成为人类社会发展所面临的突出问题，发展清洁的可再生能源已成为世界各国共同关注的课题。太阳能是人类取之不尽、用之不竭、使用安全的可再生能源，它不产生任何环境污染，是清洁能源。太阳能转化电能是近年来发展最快，最具活力的研究。太阳能电池以其独特优势超过风能、水能、地热能、核能等资源，有望成为未来电力供应主要支柱。为了更好的利用太阳能，人们研制和开发了不同类型的太阳能电池。目前主要采用的太阳能光电池按材料可分为：晶体硅太阳电池、硅基薄膜太阳电池、化合物半导体薄膜太阳电池和光电化学太阳电池等几大类。影响太阳能光电池发展的两个关键问题是提高效率和降低成本。以硅材料制成的太阳能电池具有较高的光电转换效率，但是生产成本较高。一般的半导体材料如GaAs、InP等虽然成本较低但是存在稳定性及光电转换效率不高的缺点。

随着科学的发展，超分子技术和纳米技术日渐成熟，为人类提供了新颖的太阳能电池材料一纳米材料。纳米材料应用于太阳能电池上能够极大地提高光电转换效率。近年来，染料敏化纳米晶多孔TiO₂薄膜成为太阳能电池研究的热点课题。染料敏化纳米晶多孔TiO₂薄膜电极，由纳米尺寸的TiO₂超微粒子相互联结而成，具有三维网络多孔结构，作为一种新型纳米结构半导体电极，是当前光电转换领域中研究的前沿和重要基础。已报道的制备纳米TiO₂多孔薄膜的方法主要有溶胶-凝胶法、磁控溅射法和水解沉淀法等。其中溶胶-凝胶法制备的纳米TiO₂多孔薄膜具有很高的比表面积，易吸附染料，具有较高的效率。制作TiO₂薄膜电极的传统方法是采用涂敷技术，将溶胶-凝胶法制备的TiO₂胶体溶液直接涂在导电玻璃基底上，但是这种低浓度的TiO₂溶液不适于大面积涂膜和工业化生产。丝网印刷法工艺稳定，容易进行大面积涂膜，形成的膜较均匀，而且可以控制膜厚，具备适合工业化生产的特点，是未来太阳能电池制备方法的必然趋势。

目前，文献中一般都利用商业TiO₂粉末与工业粘稠剂混合制备适合丝网印刷的胶体，如中国专利(公开号CN1458194)公开了一种紫外光无影胶水和二氧化钛粉末混合制成的氧化钛溶胶涂料，但是商业TiO₂粉末存在粒径较大，二次团聚严重造成粒径分布较宽的缺点，从而影响了纳米尺寸效应在光电转换中的独特优势。中国专利(公开号CN1323743)公开了一种由四氯化钛制备二氧化钛溶胶的方法，中国专利(公开号CN1562768)公开了一种纳米二氧化钛溶胶及其制备方法，用化学法生成无定型中性氧化钛浆料。上述方法制备的纳米TiO₂溶胶存在晶化不完全、浓度较低，在中性以及碱性环境中不够稳定，容易分层等缺点。由于纳米级氧化钛在晶体生长及蒸馏浓缩过程中极易发生团聚沉淀，因而找到一种合适的分散稳定剂对于防止其团聚和促进其晶化完全是十分重要的。烷基醇胺和烷基醇酰胺同时具备了醇和胺的特性，使其显示出非常有用的协调性，它不但与反应的前驱体(钛酸丁酯乙醇溶液)具有极好的相容性而且能够很好的防止氧化钛粒子的团聚沉淀。采用这种新型的稳定剂可以制备出高浓度的纳米晶TiO₂胶体，这对于进一步开发利用太阳能具有重要意义并且有着潜在的巨大市场。

发明内容

本发明提供了一种用于光电池的纳米晶TiO₂胶体制备方法。它使用钛酸丁酯为前驱体，在钛酸丁酯的乙醇溶液加入一定量的稳定剂，剧烈搅拌下滴加少量纯水，形成透明的溶胶，经过胶溶分散过程生成均匀的TiO₂胶体，回流蒸发除去残留有机物，得到质量浓度约1％的透明溶液，其中TiO₂颗粒的粒径小于10nm，主相为锐钛矿相，进一步浓缩后得到适合纳米晶光电池的高浓度TiO₂胶体。本方法具有成本低廉、工艺简单、质量稳定和环境友好等明显优点，是一种可以批量制备高质量纳米晶TiO₂胶体的方法。

本发明是这样实施的：使用的药剂为钛酸丁酯、乙醇、稳定剂，其中以钛酸丁酯为钛源，乙醇和稳定剂以防止颗粒团聚沉降。具体制备步骤是：