[发明专利]纳米二氧化钛及其制备方法、染料敏化太阳能电池

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种纳米二氧化钛及其制备方法、染料敏化太阳能电池。

背景技术

染料敏化太阳能电池主要包括光阳极、光阴极、染料及电解质四个部分，目前，光阴极、染料及电解质的制备方法相比来说都已经比较成熟，染料敏化电池转化效率的高低在很大程度上取决于光阳极浆料的制备。

通过检测，目前所用的成熟的P25粉体，比表面大致在60m²/g左右，颗粒表面是不定向生长的，这样就比较容易出现晶面缺陷，对单层染料的吸附及电子的输出都不利；

为了提高光阳极对单层染料的吸附量，帮助电子的注入和传输，减少晶面缺陷，降低载流子的复合几率，可以考虑控制反应条件以使纳米二氧化钛晶粒暴露出特殊的晶面，如001晶面，该001晶面可以使得具有该晶面的纳米二氧化钛制备成的光阳极具有上述功能。但是，在通常情况下纳米二氧化钛的001晶面较少，且该晶面属于高能晶面，在粉体的纳米二氧化钛中难以存在或者含量极少。

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，提供了一种纳米二氧化钛及其制备方法、染料敏化太阳能电池，该制备方法得到的纳米二氧化钛的晶面缺陷减少，提高了其对单层染料的吸附以及光电子的输出，从而大大提高了光阳极含有该纳米二氧化钛的染料敏化太阳能电池的光电性能。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种纳米二氧化钛的制备方法，包括以下步骤：

（1）将含有氟离子的酸性水溶液与含钛的盐混合得到混合水溶液；

（2）使所述混合水溶液进行水热反应得到纳米二氧化钛。

优选的是，所述步骤（1）中的所述氟离子与所述含钛的盐中的钛的摩尔比为（6∶1）～（1∶1）。

优选的是，所述步骤（1）中的所述含有氟离子的酸性水溶液为含氟化钠的酸性水溶液、含氟化钾的酸性水溶液、氟化铵水溶液、氢氟酸中的任意一种或几种。

优选的是，所述步骤（1）中的含有氟离子的酸性水溶液中的所述氟离子的浓度为0.2M～1M。

优选的是，所述步骤（1）中的所述含钛的盐为硫酸钛、钛酸四丁酯、钛酸异丙酯中的任意一种或几种。

优选的是，所述步骤（1）中的所述钛盐水溶液的浓度为0.03M～1M。

优选的是，所述步骤（2）中的水热反应的温度为160℃～220℃，水热反应的时间为15小时～24小时。

优选的是，所述混合水溶液的pH值为1～3。

优选的是，所述步骤（2）中在所述混合水溶液进行水热反应之前，将所述混合水溶液进行超声5～30分钟，所述超声的声强为30～120W/cm²；和/或将所述混合水溶液搅拌5～30分钟后，所述搅拌速度为100～400转/分钟。

本发明还提供一种纳米二氧化钛，其是由上述的方法制备的。

本发明还提供一种染料敏化太阳能电池，其光阳极含有上述的纳米二氧化钛。

本发明的有益效果：在纳米二氧化钛的制备过程中，由于酸性条件抑制了含钛的盐的水解反应，且氟离子大量地取代了含钛的盐水解反应过程中与水中的钛相连的羟基，且酸性条件促进了该取代反应，使制备的纳米二氧化钛具有更多的001晶面，减少了纳米二氧化钛的晶面缺陷，有利于单层染料的吸附以及光电子的输出，从而大大提高了光阳极含有该纳米二氧化钛的染料敏化太阳能电池的光电性能。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的纳米二氧化钛的晶面结构示意图；

图2是本发明对比例1制备的纳米二氧化钛的扫描电镜照片；

图3是本发明实施例1制备的纳米二氧化钛的扫描电镜照片；

图4是本发明实施例2制备的光阳极浆料做成的光阳极对应的电池的I-V检测图。

图中：1-001晶面。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1

本实施例提供一种纳米二氧化钛的制备方法，包括以下步骤：

（1）配置0.2M的氟化钾的水溶液，并向该氟化钾的水溶液中加入少量的2M的稀硫酸溶液，再向其中加入配置好的0.03M的钛酸四丁酯水溶液，得到混合水溶液。其中，混合水溶液中的氟离子与钛离子的摩尔比为6∶1，该混合水溶液的pH值为2.5。