[发明专利]一种Bi2S3:Eu3+/TiO2复合光阳极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合光阳极的制备方法。

背景技术

染料敏化太阳能电池(Dye-sensitizedSolarCells，简称为DSSCs)起源于上世纪60年代，以其低廉的成本、简单的工艺和易于重复等优点，受到国内外的广泛关注。染料敏化的半导体光阳极是DSSCs的关键部分，在很大程度上决定了DSSCs的光电转化效率。目前通常使用的染料为联吡啶钌系列化合物，它们的吸收范围主要在400nm～600nm之间，对占太阳光全部能量高达50％的红外光及紫外光利用甚微，因此研究利用光转换材料将紫外及红外光转换为染料可以充分吸收利用的可见光对于提高电池的光电转换效率具有重要的意义。

半导体光阳极作为染料吸附的载体和光生电子传输的通道，一直以来是DSSCs领域研究的焦点。大量研究表明，通过窄禁带半导体复合、贵金属沉积以及金属离子掺杂等手段对TiO₂光阳极进行修饰改性，可以改变非平衡载流子的产生机制，使产生的电子和空穴有效分离，拓宽对太阳光的吸收频带，从而提高DSSCs的光电转化效率。聂铭岐等人将TiO₂:Eu³⁺/Y³⁺下转薄膜组装在DSSCs中，利用其下转换特性将紫外光转换为可见光，提高了电池的可见光照强度。但是由于稀土离子有较大的离子半径，难以进入TiO₂晶格，主要存在于TiO₂表面，导致TiO₂表面的稀土离子掺杂浓度过高，降低了稀土离子的发光强度。

发明内容

本发明是为了解决现有的染料敏化太阳能电池阳极掺杂下转换稀土的光电转换效率低的技术问题，而提供一种Bi₂S₃:Eu³⁺/TiO₂复合光阳极的制备方法。

本发明的一种Bi₂S₃:Eu³⁺/TiO₂复合光阳极的制备方法是按以下步骤进行的：

一、溶剂热处理：在温度为40℃和转速为150转/分钟的条件下向乙二醇中加入硝酸铕、硝酸铋和硫脲，在温度为40℃和转速为150转/分钟的条件下搅拌1h～1.5h，然后置于反应釜中并在温度为140℃的条件下热处理12h，自然降至室温，离心得到固体A；所述的硝酸铕和硝酸铋的物质的量的比为1:1；所述的硝酸铕和硫脲的物质的量的比为1:1；所述的硫脲的物质的量与乙二醇的体积比为(0.05mol～2mol):1L；

二、制备纳米晶：用蒸馏水将步骤一得到的固体A反复洗涤和过滤至得到的滤液的pH值为6～8，得固体B，将固体B在温度为60℃的条件下真空干燥12h，得到Bi₂S₃:Eu³⁺纳米晶；

三、焙烧：将步骤二得到的Bi₂S₃:Eu³⁺纳米晶在升温速度为1℃/min和氮气保护的条件下从室温升温至450℃，然后在温度为450℃和氮气保护的条件下焙烧2h，得到焙烧后的Bi₂S₃:Eu³⁺纳米晶；

四、制备混合溶胶：将TiO₂凝胶、TiO₂P25、无水乙醇和步骤三得到的焙烧后的Bi₂S₃:Eu³⁺纳米晶均匀混合，得到混合溶胶；所述的无水乙醇的体积与步骤三得到的焙烧后的Bi₂S₃:Eu³⁺纳米晶的质量比为1mL:(0.3mg～0.4mg)；所述的步骤三得到的焙烧后的Bi₂S₃:Eu³⁺纳米晶与TiO₂P25的质量比为1:100；所述的无水乙醇与TiO₂凝胶的体积比为1:1.5；

五、用刮涂法将步骤四得到的混合溶胶均匀涂在FTO玻璃表面，然后在温度为80℃的条件下干燥3h，自然降至室温，然后以1℃/min的升温速度从室温升温至450℃，在温度为450℃的条件下焙烧30min，得到Bi₂S₃:Eu³⁺/TiO₂复合光阳极。