[发明专利]BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及BaWO₄:Eu³⁺/TiO₂复合光阳极及其制备方法。

背景技术

染料敏化太阳能电池(Dye-sensitizedSolarCells，简称为DSSCs)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400-600nm之间，对于长波可见光和占太阳光全部能量43％的红外光吸收较弱，这在一定程度上限制了DSSCs光电转换效率的进一步提高。通过拓宽染料的光谱响应范围、优化半导体表面结构和组成、加强染料与半导体之间的结合能明显增强光的吸收，降低电荷复合，加快电子的注入与传输。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。稀土元素具有独特的4f电子构型和化学物理特性，被广泛使用在电、磁、光领域。稀土发光是由稀土离子4f电子在不同能级间跃迁造成的，稀土离子吸收短波长光释放长波长光的现象称为稀土的下转换现象。利用下转换现象，将不被DSSCs吸收和利用的紫外光转换为可见光，可以在很大程度上提高DSSCs对太阳光的利用率，进而提高DSSCs的光电转换效率。

因此，如何合理设计出更有利于光吸收、电子注入和传输的、具有高效下转换发光功能的TiO₂基复合电极光阳极是我们亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有复合光阳极组装成染料敏化太阳能电池的光电转化效率低的问题，提供BaWO₄:Eu³⁺/TiO₂复合光阳极及其制备方法。

本发明BaWO₄:Eu³⁺/TiO₂复合光阳极是由BaWO₄:Eu³⁺纳米晶、TiO₂和FTO导电玻璃制成；其中FTO导电玻璃为掺F的导电玻璃，面电阻＝30Ω/cm²，长度为2cm，宽度为1.5cm，厚度为3mm；稀土BaWO₄:Eu³⁺和TiO₂的质量比为1:(10～1000)。

本发明BaWO₄:Eu³⁺/TiO₂复合光阳极的制备方法是按以下步骤实现：一、硝酸钡和稀土溶液中加入表面活性剂和钨酸盐溶液，搅拌，得到混合物A；二、将混合物A置于110～220℃条件下溶剂热处理2～48h，得到处理后的混合物；三、将步骤二处理后的混合物用无水乙醇洗涤，然后在温度为60～80℃的条件下干燥，即得到BaWO₄:Eu³⁺纳米晶；四、按质量比1:(10～1000)的比例将BaWO₄:Eu³⁺纳米晶与TiO₂组成混合溶胶；五、用刮涂法将混合溶胶均匀涂在FTO玻璃表面，在温度为60～80℃的条件下空气中干燥3h，再在温度为450℃、升温速度为1～20℃/min及空气条件下焙烧30min，即完成BaWO₄:Eu³⁺/TiO₂复合光阳极的制备，其中硝酸钡和稀土溶液的摩尔比为(1～100):1，硝酸钡和稀土溶液的摩尔总和与钨酸盐溶液的摩尔比为1：(1～10)。