[发明专利]碘掺杂二氧化钛微球电极及其制备方法

说明书

本发明所提供的碘掺杂二氧化钛微球及其制备方法。在室温条件下，将无水乙醇，十二胺和钛酸异丙酯混合搅拌作为前驱液；其次，用碘和去离子水作为反应溶液，将前驱液滴加到反应溶液中，快速搅拌，反应12个小时。最后，离心洗涤后取沉淀加入到无水乙醇和去离子水中搅拌均匀，取TiO₂反应胶体加入到反应釜内，密封、控制温度160‑250℃进行反应12h后冷至室温，离心、洗涤、加入乙基纤维素可得TiO2浆料，通过丝网印刷法制备TiO2电极，500℃烧结0.5 h即可得碘掺杂TiO2微球电极。本发明所得电极具有大的比表面积、有效的电子传输路径和高的电导率，其用于准固态染料敏化太阳能电池，电池光电转化效率可达6.38%。

技术领域

本发明涉及二氧化钛电极材料制备技术领域，具体涉及一种碘掺杂TiO₂微球电极及其制备方法。

背景技术

染料敏化太阳能电池（DSSC）由于其低制造成本和良好的能量转换效率被认为有着很好的应用前景，到目前为止DSSC还没有进入市场，主要是因为作为DSSC标志的液体电解质溶剂易渗漏和对电极的侵蚀作用，最好的解决办法使用固态或者准固态电解质取代液体电解质，但是与液体电解质相比，固态或准固态纳米晶DSSC仍然呈现较低的能量转换效率。因此，如何提高固态或准固态电解质组成DSSC的性能仍然是一个大问题。电子在TiO₂电极中的输运机制主要包括电子在TiO₂电极内的传输和TiO₂电极内的电子与染料及电解质的复合，要想提高DSSC的转化效率，就要提高电子的传输效率，减少电子的复合。

TiO₂掺杂的研究有很多，但大部分都用于光催化，关于I掺杂TiO₂对DSSC性能影响的报道很少。I掺杂能够有效地缩小二氧化钛带隙来提高太阳光谱的吸收范围（BartRoose, , Chem. Soc. Rev., 2015, 44, 8326-8349）。DFT计算表明N型I、F掺杂优于N型p掺杂，I掺杂可以提高导电率和开路电压，增强二氧化钛可见光吸收，同时可以促进染料的电子注入到二氧化钛电极（M. Niu, J. Phys. Chem. C, 2015, 119, 13425-13432）。侯等人报道I掺杂二氧化钛不仅扩大可见光收获，还可以降低复合阻力和延长电子寿命（Q.Hou,J. Mater. Chem., 2011, 21, 3877-3883）。同时，TiO₂微球由于可以增加染料分子的吸附量，提高电子在TiO₂电极传输效率，提供长波长区域光散射，增强TiO₂薄膜在FTO导电玻璃的结合效果。陈德红等将TiO₂微球与P25颗粒比较得出TiO₂微球里面的颗粒连接更好和被紧密的包裹，可以获得更长的电子扩散长度和更高的电子寿命。

I掺杂TiO₂微球至今没有报道，本发明采用水热法一步合成I掺杂TiO₂微球，并制备电极组装电池，研究发现I掺杂明显改善电池的性能参数，电池的转化效率由未掺杂的4.93%提高到6.38%。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种准固态染料敏化太阳能电池光阳极改性的实验方法。为了达到上述目的，本发明结合碘掺杂和微球形貌两方面的优势，合成制备了I掺杂TiO₂微球，所述的碘掺杂二氧化钛微球电极由碘掺杂TiO₂微球组成，微球大小为300～500nm，碘与钛的摩尔比为0.01～0.2∶1，薄膜的厚度为2～15μm;具体步骤包括：

(1) 使用钛酸异丙酯作为钛源，十二胺作为二氧化钛的成球剂，在冰浴条件下，往无水乙醇中加入十二胺和钛酸异丙酯混合搅拌10～15 min得到混合溶液作为前驱液；

(2) 将碘和去离子水混匀后作为反应溶液，将步骤（1）制备的前驱液在搅拌下逐滴滴加到反应溶液中，滴加完后搅拌反应12个小时，得到了透明的淡蓝色碘掺杂的纳米TiO₂反应胶体；