[发明专利]高效率TiO2纳米管基的染料敏化太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，更具体涉及一种高效率TiO₂纳米管基的染料敏化太阳能电池及其制备方法。

背景技术

自从上世纪90年代初，瑞士科学家以TiO₂为阳电极把染料敏化太阳能电池的光电转化效率提高到6-7％以后，在世界上引起了广泛地关注，目前，这一电池的光电转化效率已达到11％的水平。然而，由于所用的敏化剂为贵金属钌基的配合物，价格昂贵，阻碍着这一电池的未来推广应用。因此，利用廉价的染料敏化剂的电池、寻找合适的TiO₂基体材料，提高该类型的电池性能，一直是本领域研究的重点。

发明目的

本发明的目的是提供一种高效率TiO₂纳米管基的染料敏化太阳能电池及其制备方法；该制备方法简单，成本降低，电池光电转化率高，具有优异的经济效益。

本发明的效率TiO₂纳米管基的染料敏化太阳能电池为三明治结构的染料敏化太阳能电池；所述太阳能电池的两边部分分别为导电玻璃FTO和对电极，中间两部分分别为浸渍有有机染料的TiO₂纳米管薄膜和电解质溶液。

本发明的高效率TiO₂纳米管基的染料敏化太阳能电池的制备步骤为：

1)使用水热合成法合成钛酸盐纳米管，经过处理和烧结形成锐钛矿型的TiO₂纳米管；

2)将步骤1)制备的锐钛矿型的TiO₂纳米管浸渍到染料N719溶液中3-5天后取出，电极薄膜的颜色由白色变为深红色，再把它与对电极和注入液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。

本发明的显著优点是：本发明利用一维结构的TiO₂纳米管具有很高比表面积，可以吸附大量的染料分子，提高光电流。同时，一维结构作为电极材料，有利于电子的快速传送，抑制电子的电极薄膜中再结合，提高开路电压，作为染料敏化太阳能电池的电极薄膜，最高光电转化效率达到7.9％，制备方法简单易行，适合大规模的推广，具有显著的经济效益。

附图说明

图1是本发明的三明治结构的染料敏化太阳能电池示意图。

图2是本发明的三明治结构的染料敏化太阳能电池电子转移示意图。

图1、图2中1导电玻璃FTO；2TiO₂纳米管电极薄膜；3染料N719溶液；4电解质溶液；5对电极。

图3光电流—电压关系曲线；横坐标：开路电压Voc；纵坐标：短路电流Jsc；FF：填充因子；Eff：转化效率。

图4光谱响应曲线图；IPCE：量子转化效率；Wavelength：波长。

具体实施方式

所述的制备步骤为：

1)使用水热合成法合成钛酸盐纳米管，经过处理和烧结形成锐钛矿型的TiO₂纳米管；

2)将步骤1)制备的锐钛矿型的TiO₂纳米管浸渍到N719染料溶液中3-5天后取出，电极薄膜的颜色由白色变为深红色，再把它与对电极和注入液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。

3)锐钛矿型的TiO₂纳米管的制备步骤为：市贩的TiO₂(2g)粉末与10M的NaOH(100mL)在90-100度下反应48-96小时后，所得的产物用0.1MHCl洗涤3-7天，以充分的除去Na离子。再经过450-550度烧结，制得锐钛矿型的TiO₂纳米管。

染料溶液为0.3m mol N719溶液。

在标准条件下(100mW，1Sun)，测定其光电转化效率。例如电极薄膜厚度为17.6μm的电池，其光电转化效率达到7.9％；这是目前用同类电极材料中效率最高的电池。

以下实施例进一步说明本发明，但是本发明不仅限于此。

实施例1

所述的制备步骤为：

1)使用水热合成法合成钛酸盐纳米管，经过处理和烧结形成锐钛矿型的TiO₂纳米管；

2)将步骤1)制备的锐钛矿型的TiO₂纳米管浸渍到N719染料溶液中3天后取出，电极薄膜的颜色由白色变为深红色，再把它与对电极和注入液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。