[发明专利]一种宽光强适用范围二氧化钛纳米管阵列复合光阳极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种宽光强适用范围的二氧化钛纳米管阵列复合光阳极的制备方法。

背景技术

电化学阳极氧法合成的TiO₂纳米管阵列半导体材料拥有如下优点：表面形貌有序度高、比表面积大和易被吸附。锐钛矿晶型结构TiO₂纳米管阵列的半导体材料作为光化学光伏电池的光阳极，由于TiO₂的禁带宽度为3.2eV，仅能吸收紫外光部分，光电转化性能方面表现不好。

传统的硅及其它化合物太阳电池适用于高光强地区，染料及高分子太阳电池在低光强区较为适合；因此，研发一种宽光强适用范围的太阳电池对太阳电池的研究来说具有重要意义。

实用新型内容

本发明目的就是提供一种宽光强适用范围的二氧化钛纳米管阵列复合光阳极的制备方法，该方法设备简单，原材料丰富；同时用该法制备的光阳极，合成步骤简单，得光电转换性能优良。

本发明实现其发明的目所采用的技术方案是：

一种宽光强适用范围的二氧化纳米管阵列复合光阳极的制备方法，其具体作法是：

a、钛箔的处理

钛箔栽剪打磨，用粗砂纸先进行去除表面层的杂质和氧化物，再用细砂纸进行磨平光滑，经水洗后醇洗，冷风干燥；

b、二氧化钛纳米管阵列的合成

以a所得为钛箔为氧化反应的阳极，铂片为阴极，极板距离固定值3cm；将装好的阴阳极放入到0.25wt％NH₄F的乙二醇溶液中，加上60V的稳定直流电压，电流调到xx，在室温条件下进行阳极氧化，取出的样品去离子水冲洗后用超声辅助清洗，干燥，再450℃保温处理三个半小时；

c、无机半导体In₂S₃的敏化

将b获得的二氧化钛纳米管阵列退火后依次浸入到0.1M InCl₃·4H₂O的水溶液、去离子水、浓度为0.15M的Na₂S·9H₂O的水溶液、去离子水不同的溶液环境中，每个溶液环境停留时间为30s；经多次循环，在二氧化钛纳米管阵列的表面沉积上三硫化二铟；沉积完的样品由冷风吹干，在氩气或真空下无氧环境下330℃保温处理30分钟；

d、染料敏化剂N719的敏化

将c步骤获得的样品浸入染料溶液中，获得N719/In₂S₃/在二氧化钛纳米管阵列/Ti基底的复合光阳极目标产物。

本发明所获光阳极在AM 1.5标准太阳光作用下，太阳辐射密度为100-5mW/cm²，电解液浓度为0.5mol/L溶质为Na₂S·9H₂O水溶液，以N719/In₂S₃/在二氧化钛纳米管阵列/Ti基底为复合光阳极，选用铂片作为阴极，饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极，测得光化学太阳电池的光电性能。

本发明通过在纳米管阵列表面复合无机敏化剂和染料敏化剂来增强光阳极光电性能；纳米颗粒In₂S₃导带位置高于TiO₂纳米管阵列半导体材料，可以更好地将电子注入TiO₂纳米管阵列半导体材料中，有效地分离出电子空穴对减缓其复合，光电转换效率方面表现出优良的效果；具有羧基结构的吸收层N719染料，能够更加牢固地吸收在二氧化钛纳米管阵列表面，进一步增强光电池性能。

本发明方法的可能机理是：通过连续离子层吸附与反应法得到无机半导体敏化的二氧化钛纳米管阵列，无机半导体颗粒尺寸均一，直径约为21nm；无机半导体敏化后的样品相对于纯二氧化钛纳米管，光响应范围被拓宽，且光电压值有被提高；In₂S₃的导带位置相对于二氧化钛纳米管阵列高，有利于光生电子空穴对的分离，将光生电子注入二氧化钛纳米管阵列列中，形成的势垒也有效地抑制分离后的光生电子空穴对的复合；作为吸收层的N719染料分子的能级位置与In₂S₃、二氧化钛纳米管阵列形成阶梯状，因此本方法制备的染料及无机半导体共敏化二氧化纳米管阵列光阳极光电性能得到大幅度的提高。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：