一種染料敏化太陽能電池用二氧化鈦緻密膜的製備方法

2023-06-12 06:37:31

專利名稱：一種染料敏化太陽能電池用二氧化鈦緻密膜的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種染料敏化太陽能電池及光催化相關領域使用的二氧化鈦薄膜的製備方法，屬於新材料技術及新能源技術領域；
背景技術：
染料敏化太陽能電池，憑藉其低成本、簡捷的製備工藝條件和良好的環境相容性成為了太陽能電池領域的研究熱點。而其核心部件二氧化鈦光陽極起著負載敏化劑，收集和傳導電子的重要作用，因而製備出具有複合形貌的二氧化鈦薄膜是研究的重要方向更是其走向產業化的前提[Kuang, D. ；Wang，P. ；Ito, S. ；Zakeeruddin, S. M. ；Gra 「 tzel, Μ. J. Am. Chem. Soc. 2006，128，7732.]。但長期以來二氧化鈦緻密薄膜的製備大都使用傳統的溶膠-凝膠法，這些方法使用價格昂貴的鈦醇鹽，一方面含有大量的有機溶劑會造成環境汙染，另一方面由於鈦醇鹽極易水解，工藝條件要求苛刻，不適於大規模產業化。

發明內容
針對上述現有技術存在的不足，本發明的目的在於提供一種製備成本低，製備工藝簡單，保證太陽能電池性能良好的二氧化鈦緻密薄膜的製備方法。本發明的目的是通過以下技術方案實現的。一種染料敏化太陽能電池用二氧化鈦緻密薄膜的製備方法，包括下述步驟1)使用四氯化鈦為鈦源，0°C下按照四氯化鈦與醇溶液體積比為1 1-10的比例將四氯化鈦滴定至醇溶液中，攪拌Ih ；2)然後將1所述溶液與氨水共沉澱滴定到一定量(鈦離子濃度為0. 5mol/L)的去離子水中，滴定中保證PH值始終位於7左右，得到白色沉澱，然後將其洗滌至氯離子殘留；3)將得到的白色沉澱在30 80°C下，按Ti4+ 有機酸雙氧水的摩爾比為 1 2 2 1 10 10進行膠溶，將該溶液的pH值調節至7 8，然後靜置陳化12 18小時後得到二氧化鈦溶膠；4)將該二氧化鈦溶膠經噴塗和旋塗方式成膜；5)最後經60°C下真空乾燥30分鐘，在300-550°C熱處理1 6小時，即得到結晶
良好的納米二氧化鈦緻密薄膜。步驟1)中所述的四氯化鈦中鈦離子濃度為0. 3-0. 5mol/L。步驟1)中所述的醇溶液可以選擇乙醇、乙二醇、丙醇、異丙醇或正丁醇中的一種。步驟幻中所述的有機酸可以選擇草酸、檸檬酸、酒石酸或苯甲酸中的一種。步驟4)所述的噴塗和旋塗成膜是指將該二氧化鈦溶膠噴塗於FTO玻璃表面，然後旋塗10 60秒成膜。本發明是將用於染料敏化太陽能電池的二氧化鈦溶膠，經旋塗成膜及高溫熱處理後得到了高性能的納米二氧化鈦緻密薄膜，可以提高二氧化鈦薄膜與基體間的結合程度， 可以有效阻止電解液與光陽極接觸，從而減少電子複合，因而有助於大幅提高電池性能，而且由於該漿料成本低廉，有助於推進染料敏化太陽能電池的產業化進程。


圖1為採用本發明製備的二氧化鈦緻密薄膜的場發射掃描電鏡照片。圖2為採用本發明製備的二氧化鈦緻密薄膜的原子力顯微鏡照片。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發明做進一步說明。實施例1首先0°C下將四氯化鈦按體積比為1 1的比例滴定至乙二醇中攪拌1小時，然後上述溶液與氨水共沉澱滴定到一定量(鈦離子濃度為0.5mol/L)的去離子水中，滴定中保證PH值始終位於7左右，得到白色沉澱，然後將其離心洗滌至用AgNO3溶液檢測不到殘餘的Cl-離子為止；然後在60°C下，按Ti4+ 草酸雙氧水的摩爾比為1 5 5進行溶解， 然後用氨水將該溶液的PH值調節至7，靜置12小時後即得到適於塗膜的水性的二氧化鈦溶膠；然後將其噴塗於FTO玻璃表面，旋塗20秒成膜；最後經在60°C下真空乾燥30分鐘， 450°C下熱處理3小時後得到結晶良好的納米二氧化鈦緻密膜。圖1為採用本發明製備的二氧化鈦緻密薄膜的場發射掃描電鏡照片，由圖可見採用本發明製備的二氧化鈦緻密薄膜，顆粒大小均勻，結合較緻密，保證了良好的電荷傳輸能力和有效的阻隔電解質。圖2為採用本發明製備的二氧化鈦緻密薄膜的原子力顯微鏡照片，圖中可見薄膜存在IOnm左右的粗糙度，可以有效保證後續印刷成膜整個陽極的穩定性。實施例2首先0°C下將四氯化鈦按體積比為1 10的比例滴定至乙醇中攪拌1小時，然後上述溶液與氨水共沉澱滴定到一定量(鈦離子濃度為0.5mol/L)的去離子水中，滴定中保證PH值始終位於7左右，得到白色沉澱，然後將其離心洗滌至用AgNO3溶液檢測不到殘餘的 Cl_離子為止，然後在30°C下，按Ti4+ 檸檬酸雙氧水的摩爾比為1 2 2進行溶解， 然後用氨水將該溶液的PH值調節至7. 5，靜置14小時後即得到適於塗膜的水性的二氧化鈦溶膠；將其噴塗於FTO玻璃表面，旋塗30s成膜；然後經過60°C下真空乾燥30min，30(rC下熱處理他後得到結晶良好的納米二氧化鈦緻密膜。實施例3首先0°C下將四氯化鈦按體積比為1 3的比例滴定至異丙醇中攪拌1小時，然後上述溶液與氨水共沉澱滴定到一定量(鈦離子濃度為0.5mol/L)的去離子水中，滴定中保證PH值始終位於7左右，得到白色沉澱，然後將其離心洗滌至用AgNO3溶液檢測不到殘餘的Cl_離子為止，然後在80°C下，按Ti4+ 酒石酸雙氧水的摩爾比為1 10 10進行溶解，然後用氨水將該溶液的PH值調節至8，靜置16小時後即得到適於塗膜的水性的二氧化鈦溶膠；將其噴塗於FTO玻璃表面，旋塗IOs成膜；然後經過60°C下真空乾燥30min，500°C 下熱處理池後得到結晶良好的納米二氧化鈦緻密膜。實施例4首先0°C下將四氯化鈦按體積比為1 3的比例滴定至丙醇中攪拌1小時，然後
4上述溶液與氨水共沉澱滴定到一定量(鈦離子濃度為0.5mol/L)的去離子水中，滴定中保證PH值始終位於7左右，得到白色沉澱，然後將其離心洗滌至用AgNO3溶液檢測不到殘餘的Cl_離子為止，，然後在50°C下，按Ti4+ 苯甲酸雙氧水的摩爾比為1 5 6進行溶解，然後用氨水將該溶液的PH值調節至8，靜置18小時後即得到適於塗膜的水性的二氧化鈦溶膠；將其噴塗於FTO玻璃表面，旋塗60s成膜；然後經過60°C下真空乾燥30min，55(TC 下熱處理池後得到結晶良好的納米二氧化鈦緻密膜。實施例5首先0°C下將四氯化鈦按體積比為1 3的比例滴定至正丁醇中攪拌1小時，然後上述溶液與氨水共沉澱滴定到一定量(鈦離子濃度為0.3mol/L)的去離子水中，滴定中保證PH值始終位於7左右，得到白色沉澱，然後將其離心洗滌至用AgNO3溶液檢測不到殘餘的Cl_離子為止，，然後在50°C下，按Ti4+ 檸檬酸雙氧水的摩爾比為1 5 6進行溶解，然後用氨水將該溶液的PH值調節至8，靜置18小時後即得到適於塗膜的水性的二氧化鈦溶膠；將其噴塗於FTO玻璃表面，旋塗20s成膜；然後經過60°C下真空乾燥30min，55(TC 下熱處理Ih後得到結晶良好的納米二氧化鈦緻密膜。
權利要求
1.一種染料敏化太陽能電池用二氧化鈦緻密薄膜的製備方法，其特徵在於，包括下述步驟1)使用四氯化鈦為鈦源，0°c下按照四氯化鈦與醇溶液體積比為1 1-10的比例將四氯化鈦滴定至醇溶液中，攪拌Ih ；2)然後將步驟1)所得溶液與氨水共滴定於一定量的去離子水中，得到白色沉澱，然後將其洗滌至氯離子殘留；3)將得到的白色沉澱在30 80°C下，按Ti4+有機酸雙氧水的摩爾比為 1 2 2 1 10 10進行膠溶，將該溶液的pH值調節至7 8，然後靜置陳化12 18h後得到二氧化鈦溶膠；4)將該溶膠二氧化鈦經噴塗和旋塗方式成膜；5)最後經60°C下真空乾燥30min，在300-550°C熱處理1 6h，即得到結晶良好的納米二氧化鈦緻密薄膜。
2.根據權利要求1所述的一種染料敏化太陽能電池用二氧化鈦緻密薄膜的製備方法， 其特徵在於步驟1)中所述的四氯化鈦中鈦離子濃度為0. 3-0. 5mol/L。
3.根據權利要求1所述的一種染料敏化太陽能電池用二氧化鈦緻密薄膜的製備方法， 其特徵在於步驟1)中所述的醇溶液選擇乙醇、乙二醇、丙醇、異丙醇或正丁醇中的一種。
4.根據權利要求1所述的一種染料敏化太陽能電池用二氧化鈦緻密薄膜的製備方法， 其特徵在於步驟幻中所述的有機酸選擇草酸、檸檬酸、酒石酸、苯甲酸中的一種。
5.根據權利要求1所述的一種染料敏化太陽能電池用二氧化鈦緻密薄膜的製備方法， 其特徵在於步驟4)中所述的噴塗和旋塗成膜是指將該二氧化鈦溶膠噴塗於FTO玻璃表面，旋塗10 60秒成膜。
全文摘要
本發明公開了一種染料敏化太陽能電池用二氧化鈦緻密薄膜的製備方法，包括下述步驟1)按照體積比將四氯化鈦滴定至醇溶液中，攪拌；2)將所得溶液與氨水共滴定於去離子水中，得到白色沉澱，洗滌至氯離子殘留；3)將得到的白色沉澱，按Ti4+∶有機酸∶雙氧水進行膠溶，pH值調節至7～8，靜置陳化得到二氧化鈦溶膠；4)將該溶膠二氧化鈦經噴塗和旋塗方式成膜；5)經真空乾燥，熱處理，即得到結晶良好的納米二氧化鈦緻密薄膜。本發明可以提高二氧化鈦薄膜與基體間的結合程度，可以有效阻止電解液與光陽極接觸，從而減少電子複合，因而有助於大幅提高電池性能，而且由於該漿料成本低廉，有助於推進染料敏化太陽能電池的產業化進程。
文檔編號H01G9/042GK102426928SQ201110455010
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月23日 優先權日2011年12月23日
發明者劉文秀 申請人:彩虹集團公司