[发明专利]掺杂金属的染料敏化TiO2纳晶薄膜光电极的制备方法

摘要

本发明属于染料敏化太阳能电池的TiO₂纳晶薄膜光电极的制造技术领域，特别涉及掺杂金属的染料敏化TiO₂纳晶薄膜光电极的制备方法。本发明的薄膜光电极是由混有掺杂金属的TiO₂纳晶颗粒和具有光散射性能的大颗粒TiO₂的胶体在导电基底上涂敷并进行热处理后形成的多孔结构纳晶薄膜光电极。一方面，金属掺杂后，不但增加了载流子的数量从而明显提高了导电率，而且可以改变TiO₂能带的位置进而提高光电压，另一方面，大颗粒TiO₂的引进增强了光散射和氧化还原离子的扩散，进而一定程度上改善了TiO₂纳晶薄膜光电极的吸光效率。本发明制备方法简单，易于操作，特别适用于染料敏化TiO₂纳晶薄膜光电极的工业化生产制备。

主权项

1.一种掺杂金属的染料敏化TiO2纳晶薄膜光电极的制备方法，其特征是，该方法包括以下步骤：(1)将钛盐与溶剂混合配制成钛盐溶液，将金属掺杂剂和溶剂混合配制成金属掺杂剂溶液；然后将钛盐溶液与金属掺杂剂溶液混合进行水解反应，其中，混合液中的金属掺杂剂中的金属含量是钛盐质量的0.1％～5％；反应后的混合液放入高压釜中，在温度为150℃～240℃下进行水热反应，反应时间是4小时～24小时；将水热反应结束后的乳浊液进行旋转蒸发，直至得到的掺杂金属的TiO2胶体中掺杂金属的TiO2纳晶颗粒的质量百分含量达到12％；(2)在步骤(1)制得的掺杂金属的TiO2胶体中，加入是胶体质量1％～50％的具有光散射效应的粒径为25nm的大颗粒TiO2，配置成含有光散射效应的大颗粒TiO2和掺杂金属的TiO2纳晶颗粒的胶体；(3)将步骤(2)得到的含有光散射效应的粒径为25nm的大颗粒TiO2 和掺杂金属的TiO2纳晶颗粒的胶体均匀涂敷到清洗干净的导电基底上，制得TiO2薄膜电极；(4)将步骤(3)制得的TiO2薄膜电极用步骤(1)中的钛盐溶液进行提拉浸洗；然后在温度为450℃下进行热处理30分钟，降温至室温后得到TiO2纳晶薄膜电极；(5)将步骤(4)得到的TiO2纳晶薄膜电极在温度为80℃的烘箱中加热1小时，随后将电极浸入浓度为5×10-4M的4，4’-二羧酸联吡啶钌(顺二硫氰根-双(2，2’-联吡啶-4，4’-二羧酸)合钌(II))的乙醇溶液中，取出，用无水乙醇冲洗后晾干，即制得掺杂金属的染料敏化TiO2纳晶薄膜光电极；所述的金属掺杂剂选自钒、铌、钽、镧、锡、锌、钌或铑的酯化物或氯化物中的一种或一种以上的混合物。