[发明专利]基于二氧化钛纳米棒光散射薄膜电极的染料敏化太阳能电池及其制备方法

权利要求书

1.一种基于二氧化钛纳米棒光散射薄膜电极的染料敏化太阳能电池，由光阳极、电解质溶液和对电极三部分组成，其特征在于：所述光阳极依次包括与导电基底紧密接触的第一层、与第一层接触的第二层，其中第一层是由粒径2～5nm TiO₂微粒组成的致密TiO₂薄膜层，第二层是由粒径5～60nm的TiO₂小颗粒与直径6～11nm、长度90～450nm的纳米棒组成的纳米棒TiO₂薄膜层，第一层的厚度为5～15nm，第二层的厚度为2～12微米。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述的导电基底是带有透明电极的玻璃，透明电极选自氧化铟锡薄膜或掺氟SnO₂薄膜。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于：第一层的厚度是6～9nm，第二层的厚度是4～8微米。

4.一种根据权利要求1或2或3所述太阳能电池的制备方法，依次包括下述步骤：

(1)将钛前驱体溶液均匀涂敷在清洗干净的导电基底上，于100～300℃下加热5～15分钟，在导电基底上制备第一层致密TiO₂薄膜层，所述的钛前驱体溶液是指体积百分比浓度为1～7％的钛酸四异丙酯石油醚溶液、钛酸四丁酯石油醚溶液、钛酸四异丙酯正丁醚溶液、钛酸四丁酯正丁醚溶液、钛酸四异丙酯环己烷溶液或钛酸四丁酯环己烷溶液；

(2)先采用超声水热法制备TiO₂纳米管，然后将TiO₂纳米管在500～550℃加热0.5～2h，得到直径为6～11nm、长度为90～450nm、晶型为单晶锐钛矿型的TiO₂纳米棒，制备过程中，超声功率为200～400W，超声处理时间为0.5～3h，水热温度为110～130℃，水热时间为24～48h；

(3)将步骤(2)中制备的TiO₂纳米棒与TiO₂小颗粒按重量百分比为4～30％比例混合后制成TiO₂浆料，其中TiO₂小颗粒胶体中TiO₂小颗粒的粒径是5～60nm，胶体中TiO₂的固含量为7～25％；

(4)将步骤(3)制备的TiO₂浆料均匀涂敷在步骤(1)制备得到的第一层致密TiO₂薄膜层上面，在450℃热处理30min，获得第二层纳米棒TiO₂薄膜层；

(5)重复步骤(4)1次或多次，使第二层纳米棒TiO₂薄膜层厚度达到2～12微米，制得二氧化钛纳米棒光散射薄膜电极；

(6)将步骤(5)制备的二氧化钛纳米棒光散射薄膜电极浸泡在染料溶液中，制得染料敏化二氧化钛纳米棒光散射薄膜电极；

(7)将步骤(6)中制得的染料敏化二氧化钛纳米棒光散射薄膜电极与电解质和对电极组装成太阳能电池。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(6)中所述的染料溶液为5×10^-4M 4，4’-二羧酸联吡啶钌的乙醇溶液。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(7)中所述的电解质为准固态聚合物电解质，对电极为热分解镀铂对电极。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)的TiO₂浆料中TiO₂纳米棒与TiO₂小颗粒的重量百分比为20％。