[发明专利]一种改性纳米金属氧化物/光敏染料墨水的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于精细化工领域，具体涉及一种改性纳米金属氧化物/光敏染料墨水的制备方法。

技术背景

随着自然界中不可再生资源，如石油、天然气、煤等物质的日益枯竭，人们把目光更多地转向了地球上“取之不尽，用之不竭”的太阳能。太阳能的光电转换成为人们研究的热点问题之一。

光敏染料因具有独特的光电化学性能，在染料敏化纳米晶体太阳能电池应用方面具有良好的发展前景。1991年，O’Regan成功研制了一种高效、成本低的染料敏化TiO₂纳米晶体太阳能电池，其总的光电转化率达到了7.1％～7.9％，光电流大于12mA·cm^-2。CN1649176A公开了一种在碳纳米管微孔性纤维中添加TiO₂、光敏染料和电子迁移电解液的原纤维太阳能电池制备方法。CN101183687公开了一种染料预敏化太阳能电池的制备方法，其电池的光吸收层是由半导体微粒的多孔薄膜和吸附在多孔薄膜表面上的光敏染料组成。CN1571168公开了一种负极含有光敏染料的染料预敏化太阳能电池，其电极导电极板采用了多孔设计，增大了电极表面积，从而极大地提高了电池光电转化效率。CN101294004公开了一种吩恶嗪染料的制备方法以及使用该染料制备的光电转换器件。吩恶嗪染料因其独特的光电化学性能和较低的价格，在染料预敏化太阳能电池制备中具有重要的作用。

发明内容

本发明目的是提供一种可用于制作太阳能电池的改性纳米金属氧化物/光敏染料墨水的制备方法。这种方法的特点是通过调控改性纳米金属氧化物/光敏染料分散体系的粘度、表面张力和导电率制备了可用于喷墨打印的纳米金属氧化物/光敏染料墨水，成功地将喷墨打印技术应用到了制备太阳能的电极上。

本发明的技术方案：一种改性纳米金属氧化物/光敏染料墨水的制备方法，将改性纳米金属氧化物分散体、光敏染料、水溶性共溶剂、表面活性剂和去离子水混合在一起，搅拌一定时间制得水性墨水，所配制的墨水粘度6～8cP，表面张力25～35mN/m，粒径10-100nm，pH值8～10。具体制备过程为：将1～5％表面活性剂加到10～20％去离子水中，然后加入0.5～5％的光敏染料，30～50％改性纳米金属氧化物分散体和10～50％水溶性共溶剂，用搅拌机以500～1000转/分钟的速度搅拌20～50分钟，再用碱调节墨水的pH在8～10，最后用500nm的微孔滤膜过滤，即得到水性墨水。

改性纳米金属氧化物分散体的制备方法是精确称取1～10％高分子分散剂和70～88％去离子水，分别用氢氧化钠、氢氧化钾、氨水或三乙醇胺等碱性物质调节pH为7～10，加热搅拌溶解制备高分子分散液，再添加10～20％改性纳米金属氧化物，使用超声波超声处理10～40分钟。

所选用的高分子分散剂为乙烯类单体的共聚物，其基本化学结构如下：

上式中M₁＝H⁺、Na⁺、NH₄⁺、K⁺，M₂＝H⁺、Na⁺、NH₄⁺、K⁺、CH₃、CH₂CH₃，R＝COOH、CN、CONH₂、COOCH₃、COOCH₂CH₃、COOC₄H₉、C₆H₅，R₁＝H、CH₃，R₂＝COOH、CH、CONH₂、COOCH₃、COOCH₂CH₃、COOC₄H₉、C₆H₅。分散剂的数均分子量为3000～10000。

改性纳米金属氧化物的制备方法是由硅烷偶联剂、水溶性单体、水溶性引发剂和纳米金属氧化物在醇水体系(乙醇∶水＝95∶5)中，80℃搅拌聚合而得。硅烷偶联剂是KH550、KH560、KH570、KH580中的一种。

所选用的光敏染料是联(或多)吡啶钌系列染料，可以是羧酸联吡啶钌染料和膦酸基联吡啶钌染料中的一种。