[发明专利]含有纳米电缆的染料敏化太阳电池光阳极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及一种将金属引入TiO₂纳米棒阵列的染料敏化太阳电池光阳极及其制备方法。

背景技术

染料敏化太阳电池作为一种新型的低碳环保装置，在开发新能源领域已经得到了越来越多研究者的重视，光阳极是整个电池的核心部件，负责捕获光子、产生电子、注入电子、传输电子的重要作用，直接影响了电池性能的好坏。

目前集中在光阳极部分一个很突出的问题就是较低的电子传输速率。传统的光阳极使用的是纳晶颗粒膜，虽然纳晶颗粒膜有很大的比表面积能增加染料的吸附量，但是颗粒膜内晶界数目众多、高温煅烧过程中颗粒与颗粒之间极易形成无定形层，并且各个颗粒所处的化学环境不同，使它不能为电子的传递提供有效的直接的通道。在此基础上，也有人通过二氧化钛纳米线、纳米棒、纳米管等组成阵列膜对传统颗粒膜进行了改进，虽然利用阵列膜能为电子的传递提供直接的路径，但是由于阵列膜的比表面积不大，这就造成阵列膜的染料负载量少，那么在光照下产生的光生电荷总量就不多，因此传输电子的速率就大大受限。

发明内容

为了解决现有技术中的染料敏化太阳电池的光阳极所存在的不足，本发明提供了一种电子传输速率较高、染料吸附量多的染料敏化太阳电池光阳极。

同时，本发明解决的另一个技术问题是提供了一种能够有效加快电子传输速率的含有纳米电缆的染料敏化太阳电池光阳极的制备方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：其包括掺氟氧化锡玻璃以及附着在掺氟氧化锡玻璃表面的纳米TiO₂颗粒层，纳米TiO₂颗粒层中包含有Ag/TiO₂纳米电缆。

上述Ag/TiO₂纳米电缆的直径为150～200nm，长度为3～8μm。

上述Ag/TiO₂纳米电缆占纳米TiO₂颗粒层的质量百分比为0.5％～20％。

上述Ag/TiO₂纳米电缆占纳米TiO₂颗粒层的质量百分比为1～5％。

上述Ag/TiO₂纳米电缆的一端与掺氟氧化锡玻璃联接。

上述Ag/TiO₂纳米电缆在纳米TiO₂颗粒层中呈纳米阵列分布。

上述的含有纳米电缆的染料敏化太阳电池光阳极的制备方法，包含以下步骤：

1)合成Ag/TiO₂纳米电缆

将硝酸银、乙二醇混匀后加入钛酸丁脂，硝酸银、乙二醇和钛酸丁脂的质量比为0.5～1∶79∶2～4，在避光条件下充分搅拌后转移到聚四氟乙烯为内衬的高温高压反应釜中，245℃保温14小时，冷却至室温，将得到的产物经过蒸馏水洗涤，乙醇洗涤，在80℃的烘箱内干燥，得到Ag/TiO₂纳米电缆；

2)制备含有纳米电缆的染料敏化太阳电池光阳极

称取Ag/TiO₂纳米电缆与研磨好的TiO₂粉末混合，加入蒸馏水，Ag/TiO₂纳米电缆与TiO₂粉末的质量比为0.5～20∶100，Ag/TiO₂纳米电缆与TiO₂粉末的固含量为0.4％，经过磁力搅拌、超声分散，浓缩，形成Ag/TiO₂纳米电缆和TiO₂粉末的固含量为13％的浆料，用刀片将浆料刮涂在掺氟氧化锡玻璃上形成厚度为8～12μm的薄膜，将薄膜在空气中自然晾干后，置于升温马弗炉内在450～500℃下保温30～50分钟，随炉降至室温，得含有纳米电缆的染料敏化太阳电池光阳极。

上述步骤2)中，在形成的浆料中添加聚乙二醇，聚乙二醇与TiO₂粉末的质量比为3～4∶10。

上述步骤1)中Ag/TiO₂纳米电缆与TiO₂粉末的质量比为1～5∶100。