[发明专利]制备多孔球形二氧化钛及光阳极的方法

说明书

技术领域

本发明涉及染料敏化太阳能电池技术领域，具体地，涉及制备多孔球形二氧化钛及染料太阳能电池光阳极的方法。

背景技术

太阳能转化是新能源开发利用最活跃的领域。目前市场上的太阳能电池主要是单晶硅和多晶硅两种。但这两种太阳能电池制造成本过高，不利于广泛应用。上世纪90年代出现的染料敏化太阳能电池(DSC)，是一种基于植物叶绿素光合作用原理研制的太阳能电池，因其具有潜在的高效低造价前景而引起了人们的广泛关注。DSC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，可以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。为提高DSC的光电转换效率和稳定性，降低电池制作成本，国内外研究机构和科研人员在纳米半导体多孔薄膜电极、染料、电解质和对电极等DSC用关键材料以及柔性DSC、大面积DSC产业化前期研究等方面做了众多的研究工作，并取得了显著的研究进展。其中，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，广泛应用于染料电池上。

在早期研究中，二氧化钛悬浮体系研究得最多，以商业化的德国德固赛公司P-25纳米二氧化钛为代表，二氧化钛P25属于混晶型，锐钛矿和金红石的质量比约为80/20，粒径约25纳米。由于两种结构混杂增大了二氧化钛晶格内的缺陷密度，增大了载流子的浓度，使电子、空穴数量增加，使其具有更强的捕获在二氧化钛表面的溶液组份(水、氧气、有机物)的能力。基于其优点，常使用P25作为基础研究，并在此基础上增加亚微米级大颗粒二氧化钛作为散射层，以增加光的二次吸收，从而提高电池的转化效率。但是悬浮P25和亚微米级二氧化钛的颗粒易团聚等影响，制备的DSC效率普遍不高。

发明内容

为了解决现有技术之不足，本发明提供了一种多孔球形二氧化钛的制备方法，该方法制备的多孔球形二氧化钛可用做染料敏化半导体电极中的染料吸附载体，是一种大颗粒、多孔结构的二氧化钛，具备了P25和亚微米级二氧化钛两者的特性。

本发明还提供了一种用多孔球形二氧化钛为浆料制备染料太阳能电池光阳极的方法，及用该光阳极制备的染料敏化太阳能电池。

本发明的技术方案如下：一种多孔球形二氧化钛的制备方法，包括如下具体步骤：

步骤A、制备二氧化钛前躯体：将十六胺加入无水乙醇中，超声分散至完全溶解；边搅拌边添加氯化钾水溶液，得到混合液I；向混合液I中迅速加入钛酸异丙酯，搅拌得到乳白色悬浊液，静置，分离，得到悬浊液中的固体；干燥悬浊液中的固体，得到二氧化钛前驱体；以上各组分的摩尔用量之比为钛酸异丙酯∶十六胺∶水∶氯化钾∶乙醇＝1∶0.3～1∶3～4∶0.0055∶200～250；

步骤B、制备多孔球形二氧化钛：将步骤A制备的二氧化钛前驱体分散于无水乙醇、去离子水和氨水的混合液中，并转移到密闭反应釜中，加热至160℃，恒温反应16小时；所述的无水乙醇与去离子水的体积比为2∶1，氨水在乙醇与去离子水的混合液中的摩尔浓度为0.2摩尔/升～0.5摩尔/升，二氧化钛前躯体与去离子水的质量比为1∶6～1∶7；待密闭反应釜冷却至室温后，将反应液自密闭反应釜移出，50℃旋蒸除去反应液中的氨并用乙醇洗涤，即得到多孔球形二氧化钛。

一种用多孔球形二氧化钛为浆料制备染料太阳能电池光阳极的方法，包括如下步骤：

步骤A、制备二氧化钛前躯体：将十六胺加入无水乙醇中，超声分散至完全溶解；边搅拌边添加氯化钾水溶液，得到混合液I；向混合液I中迅速加入钛酸异丙酯，搅拌得到乳白色悬浊液，静置，分离，得到悬浊液中的固体；干燥悬浊液中的固体，得到二氧化钛前驱体；以上各组分的摩尔用量之比为钛酸异丙酯∶十六胺∶水∶氯化钾∶乙醇＝1∶0.3～1∶3～4∶0.0055∶200～250；

步骤B、制备多孔球形二氧化钛：将步骤A制备的二氧化钛前驱体分散于无水乙醇、去离子水和氨水的混合液中，并转移到密闭反应釜中，加热至160℃，恒温反应16小时；所述的无水乙醇与去离子水的体积比为2∶1，氨水在乙醇与去离子水的混合液中的摩尔浓度为0.2摩尔/升～0.5摩尔/升，二氧化钛前躯体与去离子水的质量比为1∶6～1∶7；待密闭反应釜冷却至室温后，将反应液自密闭反应釜移出，50℃旋蒸除去反应液中的氨并用乙醇洗涤，即得到多孔球形二氧化钛；