[发明专利]一种染料敏化电池光阳极浆料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，特别是一种染料敏化电池光阳极浆料的制备方法。

背景技术

随着人类社会的高速发展，人类对能源的需求不断增加，能源问题日渐成为人们关注的焦点。目前人类利用能源的主要形式是石油、煤、天然气等化石能源。但是作为不可再生能源，化石能源无法满足人类长期的需求。太阳能作为一种可再生资源，具有其他资源形式不可比拟的优点。太阳能的利用虽然很早就引起了科学家的兴趣，但其应用并不广泛。直到本世纪70年代石油危机的爆发，世界各国才在可再生能源领域投入大量的资金用于研究和开发。除了单纯的储量和经济方面的问题外，人类还必须考虑到另一个方面——生态和环境问题。燃烧化石燃料(特别是煤)严重污染环境，并且随着大气中二氧化碳的增多，还会产生“温室效应”。

染料敏化太阳能电池以其较低的制作成本和简单的生产工艺将成为新一代太阳能电池的代表。染料敏化太阳能电池中的半导体电极是由具有锐钛矿结构的二氧化钛薄膜制备而成的。因为锐钛矿结构的二氧化钛的禁带宽度是3.2eV，所以具有锐钛矿结构的二氧化钛只能吸收太阳光中占很少比例的波长较短的紫外线。而太阳光中绝大部分的波长较长的光线则没有被利用。为了充分利用太阳光中波长较长的部分，需要把二氧化钛制成多孔薄膜从而使其可以吸附上一层能够将吸收光扩展到可见光区的敏化染料以增强光的吸收，提高光电转化效率。所以染料敏化太阳能电池主要由吸附有敏化染料的半导体电极、附有催化剂的对电极以及两电极之间的氧化还原电解质构成。整个光电转化的过程包括：(1)在可见光作用下，吸附在工作电极表面上的染料分子收激发而跃迁到激发态；(2)由于激发态不稳定，电子很快注入到较低能级的TiO2导带，此时染料分子变为氧化态；(3)进入TiO2导带中的电子在纳晶多孔薄膜中输运并被导电玻璃收集，然后通过外电路流向对电极，产生光电流；(4)氧化态的染料分子被电解液中的I-还原为基态，使染料分子得到再生，I-被氧化为I-3。(5)同时电解质中的I-3扩散到阴极(对电极)并从阴极得到电子还原成I-，完成一个光电化学反应的循环。

从上述的过程可以看出二氧化钛的制备在染料敏化太阳能电池的制造中是一个非常关键的步骤，二氧化钛薄膜质量好坏将直接关系到电池的转换效率。并且条件不容易控制，最终的产物可能没有达到要求不能满足染料敏化太阳能电池的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种二氧化钛纳米颗粒浓度高、分散均匀的染料敏化电池光阳极浆料的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：一种染料敏化电池光阳极及其制备方法，其按照以下步骤进行：

步骤1：将酸性水溶液保持在温度为0℃左右的冰浴中，在剧烈搅拌条件下，将钛源溶液逐滴加入酸性水溶液中，钛源水解得到澄清透明溶液；

步骤2：将得到的澄清透明溶液在80℃恒温条件下剧烈搅拌使溶液中溶剂挥发完全，使TiO₂颗粒分散均匀形成淡蓝色透明溶液；

步骤3：将上述淡蓝色透明溶液放置到内嵌特氟龙杯的钛制高压釜中进行水热反应，得到白色的TiO₂沉淀，待溶液冷却后超声分散，得到TiO₂溶液；

步骤4：把经水热反应完成后得到的TiO₂溶液，经过浓缩处理得到TiO₂胶体溶液；

步骤5：将TiO₂胶体溶液进行超声分散后制备到导电基底上形成TiO₂光阳极。

进一步的，所述步骤1)中的钛源溶液为钛酸四异丙酯、钛酸四丁酯、四氯化钛或硫酸氧钛。

进一步的，所述步骤1)中的钛源溶液的浓度是0.1-2mol/L。

进一步的，所述步骤1)中的酸性溶液是硝酸、醋酸或者盐酸。

进一步的，所述步骤3)中水热反应的温度是80℃～250℃，时间是4～36h。

进一步的，所述步骤4)中TiO₂的固含量为5-25％的TiO₂胶体溶液。

进一步的，所述步骤5)中导电基底是导电玻璃或者柔性高分子导电材料。

进一步的，所述步骤5)具体是将TiO₂胶体溶液放到超声波细胞粉碎机中超声20min～60min取出，静置5min后将TiO₂胶体溶液喷涂到导电基底上，室温放置10min后放入到烘箱中，在150℃～450℃保温30min，自然降温后得到染料敏化电池光阳极TiO₂薄膜。