[发明专利]一种染料敏化乙炔黑‑TiO2复合多孔薄膜电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，更具体的讲是一种染料敏化乙炔黑-TiO₂复合多孔薄膜电极的制备方法。

背景技术

典型的染料敏化太阳能电池由制备在FTO(SnO₂:F)导电玻璃上吸附染料的TiO₂多孔薄膜(工作电极)、Pt对电极和I^-/I₃^-电解质组成。TiO₂多孔薄膜一方面吸附染料，另一方面将吸附染料释放的光电子运输到外电路。因此，如何优化TiO₂多孔薄膜并提高染料敏化太阳能电池光电转换效率已作为科研工作者的研究重点之一。有研究显示，将具有良好导电性能的材料掺入提高了染料敏化太阳能电池的光电转换效率。Kang等将比面积大、孔隙率高的碳粉掺入TiO₂制备的碳-TiO₂复合电极，电池光电转换效率达5.6％。碳粉的掺入不仅降低了载流子的复合，而且提高了薄膜的机械强度。Yen等制备了碳纳米管-TiO₂复合电极，有效的改善了电池的物理化学性质并提高了电池的光电转换效率。Tsai等制备的石墨烯含量为1wt％的石墨烯-TiO₂复合电极，电池的光电转换效率较未掺杂电极提高了15％。研究结果显示：石墨烯-TiO₂复合电极不仅降低了载流子复合，而且增加了电极对染料的吸附量，增大了工作电极电流。

由于碳纳米管和石墨烯容易发生团聚和分散性较差的特殊性质，至今也未在染料敏化太阳能电池中得到商业化应用。乙炔黑是一种常见的颗粒状碳材料，具有较好的导电性，价格低廉、容易分散，早已被广泛用作锂离子电池、电化学电容器等的导电剂。但并没有在TiO₂复合多孔薄膜电极中进行导电性应用。

发明内容

本发明针对以上现有技术中的不足之处提供一种以TiO₂粉体制备掺杂乙炔黑的TiO₂纳米浆料，采用旋涂法制备乙炔黑-复合多孔薄膜，研究了乙炔黑掺杂对敏化纳米TiO₂多孔薄膜的光电性能的影响，并提供了两种不同染料对其光电性能的影响。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种染料敏化乙炔黑-TiO₂复合多孔薄膜电极的制备方法，包括如下步骤：乙炔黑预处理、TiO₂预处理、乙炔黑-TiO₂浆料制备、FTO基体制备、乙炔黑-TiO₂薄膜制备、染料敏化多孔薄膜电极制备。

上述乙炔黑预处理的具体步骤为：将乙炔黑置于蒸馏水中，再加入碳纳米管分散剂(TNWDIS)超声处理；超声结束后再将PEG20000加入，在磁力搅拌器上充分搅拌得溶液A，所述乙炔黑、碳纳米管分散剂、PEG20000的质量比为1：2-5：50-400。

上述TiO₂预处理的具体步骤为：将TiO₂、乙酰丙酮加入蒸馏水中，搅拌，然后向其滴加OP乳化剂，继续搅拌得溶液B，所述TiO₂、乙酰丙酮、OP乳化剂的质量比为：1:0.05-0.08:0.02-0.05。

上述乙炔黑预处理步骤与TiO₂预处理步骤中，乙炔黑的用量为TiO₂用量的0.05-0.5wt％。

上述乙炔黑-TiO₂浆料制备的具体步骤为：将溶液A和溶液B混合搅拌既得乙炔黑-TiO₂浆料。

上述FTO基体的制备包括如下步骤：将FTO导电玻璃切割成方块，置于丙酮中超声处理，分别用蒸馏水冲洗干净、吹干，将FTO导电玻璃导电面的三个边进行封边。

上述染料敏化乙炔黑-TiO₂薄膜电极制备的具体步骤为：采用旋涂法在FTO电极上制备一层TiO₂致密薄膜，再将乙炔黑-TiO₂浆料滴加到致密薄膜上，旋转使TiO₂浆料在导电玻璃上平铺，然后再提高转速继续旋转，得乙炔黑-TiO₂复合多孔薄膜，去掉胶带，将其干燥、烧结，冷却，并浸入染料溶液，避光敏化得染料敏化多孔薄膜电极(工作电极)。

上述染料为N719钌染料或桑葚色素。