[发明专利]一种二氧化钛纳米粒子和H2Ti3O7纳米管交替层膜

说明书

技术领域

本发明属于电池材料学领域，具体涉及一种二氧化钛纳米粒子和H₂Ti₃O₇纳米管交替层膜及其制备方法和应用。

背景技术

新型染料敏化太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cell,以下简称DSC) 由于其廉价的生产成本、易于工业化生产的工艺技术以及广阔的应用前景，自1991年取得突破性进展后，立即受到国际上广泛的关注和重视。目前，染料敏化太阳能电池其光电转换效率最高已达到10%以上，其转换效率可与非晶硅太阳电池相媲美。但如何进一步提高DSC的光电转换效率和电池实用化一直以来是科学家的研究重点。其中，人们采用光谱响应范围具有互补性质的多种染料配合使用,相互弥补各自吸收光谱不够宽的缺点,取得了良好的效果。本发明首次提供了一种制备二氧化钛纳米粒子和纳米管所形成的交替层膜来组装染料敏化太阳能电池的方法，并用N719和D131混合染料来共敏化其太阳能电池。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二氧化钛纳米粒子和H₂Ti₃O₇纳米管交替层膜及其制备方法和应用，其具有廉价的原材料和简单的制作工艺,且性能相对稳定、衰减少,具有很好的应用前景，可大量生产，符合环境要求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种二氧化钛纳米粒子和H₂Ti₃O₇纳米管交替层膜的制备方法的具体步骤如下：将粒径为30-35nm的二氧化钛纳米粒子和H₂Ti₃O₇纳米管分别在2%-30%质量浓度的乙酰纤维素的乙醇溶液中充分搅拌制得浆料，用丝网印刷技术将其依次印刷在同一块导电玻璃上并于500-550℃焙烧1-4h得到涂覆有二氧化钛纳米粒子和H₂Ti₃O₇纳米管交替层膜的电极材料。

所述的二氧化钛纳米粒子和H₂Ti₃O₇纳米管交替层膜的厚度为2-30μm。

所述的二氧化钛纳米粒子和H₂Ti₃O₇纳米管交替层膜用于染料敏化太阳能电池。太阳能电池组装：将涂覆有二氧化钛纳米粒子和H₂Ti₃O₇纳米管交替层膜的电极材料浸入0.01-1M TiCl₄溶液中在20-90℃下浸泡10-120min并于450-550℃焙烧0.5-2h，得到待敏化的电极材料，将待敏化的电极材料浸入含有浓度均为0.1-1mM的N719和D131混合染料的乙腈溶液中浸泡6-48h，后与Pt对电极和注入的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。

本发明的显著优点在于：

（1）用本发明的二氧化钛纳米粒子和H₂Ti₃O₇纳米管交替层膜的制备方法制得的太阳能电池具有很好的光电性能，从图2可以发现：在100mW/cm²的光强、AM 1.5条件下，在FTO导电基片上光电转换效率为8.44%，短路电流为16.48 mA·cm^-2，开路电压为0.72V，填充因子为0.71。从图3可以发现IPCE在460nm处达到最大值为0.78。

（2）本发明首次提供了丝网印刷技术制备二氧化钛纳米粒子和H₂Ti₃O₇纳米管交替层膜来组装染料敏化太阳能电池的方法，该方法工艺简单，成本低廉，能耗低，重现性好，可大量生产，符合环境要求。

附图说明

图1是二氧化钛的纳米粒子和H₂Ti₃O₇纳米管的XRD图。

图2是二氧化钛的纳米粒子和H₂Ti₃O₇纳米管交替层膜所组装成太阳能电池的电压和电流图。

图3是二氧化钛的纳米粒子和H₂Ti₃O₇纳米管交替层膜所组装成太阳能电池的IPCE图。

具体实施方式

实施例1