[发明专利]基于三维TiO2纳米网状材料的太阳能电池光阳极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于染料敏化太阳能电池领域，具体涉及一种基于三维TiO₂纳米网状材料的染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法，该光阳极可以有效地提高染料敏化太阳能电池的转化效率，更好的进行太阳能发电。

背景技术

1991年，瑞士科学家领导的研究小组报道了一种制备简单、成本低廉、效率高、寿命长的染料敏化太阳能电池，为光电化学电池的发展带来了革命性的创新，并引领了新一代太阳能电池的主要研究发展方向，受到了国内外研究者的广泛关注。虽然其理论光电转换效率被推测为33～36%，但是迄今为止报道的最高效率为11～13%，尚待进一步提高。其中，改变电池光阳极薄膜的结构是提高染料敏化太阳能电池的光电转化效率重要手段之一。

作为染料敏化太阳能电池最重要的组成部分之一，多孔的光阳极存在着一些不足。比如：多孔的二氧化钛没有完全覆盖掺杂氟的SnO₂(SnO₂F)导电玻璃(简称FTO)的表面，会导致背传输反应，电解质容易直接与导电玻璃接触；同时，多孔的电极内部颗粒间的桥接作用不明显，经过热处理后的电极，由于有机物的烧蚀，内部留下许多大的空隙，减少了颗粒间的桥连作用，这样会延长电子的传输路径，降低电子的传输效率，增加电子在多孔电极内部传输电阻，同时也增加了电子的复合几率。针对上述不足，不同形貌结构的多孔光阳极材料应用在染料敏化太阳能电池光阳极上，需要针对性的制定新型的光阳极结构才能更加显著的提高电池转化效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种基于三维TiO₂纳米网状材料的染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法，此种结构的光阳极薄膜结构可以有效的增加电池的并联电阻，减小串联电阻，从而降低了电子复合几率，提高了电子的传输效率；此种阳极薄膜结构还可以增加在染料吸附状态下对太阳光的捕获吸收能力。基于此种阳极薄膜结构的以上两大特点，大大提高了染料敏化太阳电池的光电流密度和光电转化效率。

本发明所述的基于三维TiO₂纳米网状材料的染料敏化太阳能电池光阳极，其是由FTO导电玻璃上的涂层1和涂层2组成，涂层1是厚度为4～8毫米的二氧化钛，涂层2是厚度为4～8毫米、质量比为1:1的二氧化钛与三维TiO₂纳米网状材料的混合，涂层2位于涂层1上。

其中，三维TiO₂网状纳米材料由如下方法制备得到：称取0.05～0.15g二氧化钛加入到60～80mL、浓度为5～10mol/L的氢氧化钠溶液中，磁力搅拌5～20分钟，然后将混合溶液转移到100mL水热釜中，将水热釜密闭并在120～150℃烘箱中反应30～300分钟；自然降温到室温后打开水热釜，倒出反应物进行离心操作，离心速率为10000～15000转/分钟；将离心产物分别用浓度为0.1～0.2mol/L的稀盐酸和去离子水洗涤并离心，各重复3～5次；把最后的离心产物放入到60～80℃真空烘箱中，烘干8～10小时；将烘干后的粉体放入到马弗炉内烧结，烧结温度为400～500℃，升温速率为2～10℃/min，烧结时间为2～5小时，自然降温到室温，从而得到三维TiO₂网状纳米材料。

本发明提供一种基于三维TiO₂纳米网状材料制备染料敏化太阳能电池的方法，包括以下步骤：

（1）准备两种浆料，一种为含有商用二氧化钛的浆料，记为浆料1（其是将0.1～0.8g二氧化钛加入3～10mL乙醇和1～3g萜品醇的混合溶液中，超声搅拌30～90分钟后得到）。另一种为含有商用二氧化钛与三维TiO₂纳米网状材料按质量比为1:1比例混合制备的浆料，记为浆料2（其是将0.1～0.8g、质量比为1：1的二氧化钛与三维TiO₂纳米网状材料加入3～10mL乙醇和1～3g萜品醇的混合溶液中，超声搅拌30～90分钟后得到）；

（2）用刮涂法将浆料1刮涂于FTO导电玻璃的表面，放入100～150℃烘箱烘干5～10分钟后取出，自然降至室温；刮涂薄膜的厚度为4～8毫米，标记为涂层1；

（3）用刮涂法将浆料2刮涂在涂层1上，放入100～150℃烘箱烘干5～10分钟后取出，自然降至室温；刮涂薄膜的厚度为4～8毫米，标记为涂层2；

由于实验对比的需要，用刮涂法将浆料1刮涂于FTO导电玻璃的表面，放入100～150℃烘箱烘干5～10分钟后取出，自然降至室温；刮涂出薄膜厚度为8～16毫米，标记为涂层3；