[发明专利]一种染料敏化太阳能电池光阳极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料及新型复合材料领域，特别涉及一种氧化镍颗粒/二氧化钛纳米棒复合材料的制备方法。

背景技术

近年来，染料敏化太阳能电池(DSSCs)由于其低成本、易组装等特点受到了广泛的关注。DSSCs的核心部分是纳米晶半导体光阳极，它通常由纳米TiO₂多孔薄膜构成，是太阳能电池最重要部分。光阳极对太阳能电池光电性能起着重要的作用：如提供电子传输的路径，吸附染料以及保证充分的液相通道等。

研究发现制约染料敏化太阳能电池的光电性能主要有两方面的因素：一方面是电池薄膜对太阳光的吸收，另一方面是电子在二氧化钛半导体薄膜中的传输。二氧化钛半导体光阳极的性能严重制约着电池的光电转换效率。作为光阳极的重要组成部分，二氧化钛材料的形貌和结构决定了光阳极的电子传输动力学性能。特别是二氧化钛具有较多的结构缺陷，导致电子在光阳极膜内的传输时间长、电子寿命短。

在众多形貌中，二氧化钛纳米棒或纳米线这种材料具有一维圆柱几何体构型，能够提供发射电场，使电子远离纳米棒或纳米线的表面，减少表面电子密度，增加有效的电荷分离。更重要的是，光生电子沿着一维长轴方向的传输可以有效地减少晶界对光电子的捕获，加速电子的传输速率，减弱光生电子的复合，有助于提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率。但纳米棒光阳极材料存在着不可忽视的问题：比表面积太小、光散射效果差，导致电池的短路电流过低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：纳米棒光阳极材料比表面积太小，为解决这一技术问题，本发明采用的技术方案为：

提供了一种氧化镍颗粒/二氧化钛纳米棒复合材料的制备方法：

(1)将浓度为1～15M的碱液与质量为1～5g的二氧化钛粉末混合，并搅拌、超声半小时；

(2)将步骤(1)中得到的混合体系转移到100ml的反应釜中，160℃～200℃水热反应12～60小时；

(3)将步骤(2)反应后的体系离心，并分别用稀盐酸溶液、蒸馏水洗涤，得到的产品在60℃下烘干24h，得到质子钛酸盐纳米棒，

其中，离心机转速为6000rpm/min，稀盐酸的浓度为0.1mol.L^-1，洗涤2次，蒸馏水洗涤3次；

(4)将0.1～0.5g步骤(3)中制备的质子钛酸盐纳米棒加入体积为10～100ml的NiCl₂溶液中搅拌10分钟后，加入尿素调节pH值为10，然后80℃水浴反应2～10个小时后自然冷却，

其中；NiCl₂溶液中NiCl₂为10mmol；

(5)将步骤(4)反应后的体系离心，并分别用去离子水、无水乙醇洗涤至pH值为7，60℃烘干后，空气中500度烧结2h，得到氧化镍颗粒/二氧化钛纳米棒复合材料，

其中，离心机转速为6000rpm/min，依次用去离子水和无水乙醇分别洗涤沉淀物3次和1次。

本发明所制备的染料敏化太阳能电池，是以氧化镍颗粒/二氧化钛纳米棒复合材料为光阳极半导体材料，N719染料为光敏化剂，铂电极为对电极，与液体碘电解液组成染料敏化太阳能电池。

本发明的有益效果是通过采用所述制备方法得到的氧化镍颗粒/二氧化钛纳米棒复合材料，有效地提高了光阳极的比表面积和光散射效应，大的比表面积能够吸附更多的染料分子，增加相应电池的短路电流，进而提高电池的光电转换效率，同时氧化镍和二氧化钛表面所形成的P-N结构能够有效的分离光生电子并促进电子的传输，电子复合几率大大降低，电子的收集效率得到提高，相应电池的性能也得到了极大的提高。以本发明所述的氧化镍颗粒/二氧化钛纳米棒复合材料为电池光阳极材料，组装成的染料敏化太阳能电池，具有成本低廉、光电转换效率高、制备工艺简单等优点。

附图说明

图1以氧化镍颗粒/二氧化钛纳米棒复合材料为光阳极材料的太阳能电池的光电流-电压曲线；

图2以氧化镍颗粒/二氧化钛纳米棒复合材料为光阳极材料的太阳能电池的交流阻抗曲线。

具体实施方式

实施例1：

(1)将浓度为10M的碱液与质量为3g的二氧化钛粉末混合，并搅拌、超声半小时；

(2)将步骤(1)中得到的体系转移到100ml的反应釜中，180℃水热反应48小时；