專利名稱：一種太陽能電池用銳鈦礦相二氧化鈦溶膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新材料技術(shù)及新能源技術(shù)領(lǐng)域；涉及一種染料敏化太陽能電池及光催 化相關(guān)領(lǐng)域使用的二氧化鈦溶膠的制備方法。
背景技術(shù)：
染料敏化太陽能電池，憑借其低成本、簡捷的制備工藝條件和良好的環(huán)境相容性 成為了太陽能電池領(lǐng)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(dǎo)電子的重要作用，因而制備出具有復(fù)合形貌的二氧化鈦薄膜是研究的重要方向 更是其走向產(chǎn)業(yè)化的前提[Kuang, D. ；Wang，P. ；Ito, S. ；Zakeeruddin, S. M.，Gra “ tzel, M. J. Am. Chem. Soc. 2006，128，7732.]。但長期以來二氧化鈦致密薄膜的制備大都需要后期 進一步熱處理進行晶化，這樣無形中增加了制備工藝的復(fù)雜性以及反應(yīng)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足提出了一種制備工藝簡單，制備的電池性能良 好的銳鈦礦相二氧化鈦溶膠的制備方法，以期制備出性能優(yōu)良的染料敏化太陽能電池用的
二氧化鈦致密膜。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的一種太陽能電池用銳鈦礦二氧化 鈦溶膠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)將鈦源與水解反應(yīng)液共沉淀得到白色 氫氧化鈦沉淀，離心洗滌3-5次；2)將洗滌后的白色沉淀在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，然后靜置陳化12h后得到二氧化 鈦溶膠前驅(qū)體；3)將二氧化鈦溶膠前驅(qū)體在70 250°C條件下水熱處理4 24h后得到黃 色的銳鈦礦相二氧化鈦溶膠。所述的鈦源為硫酸氧鈦、硫酸鈦、四氯化鈦、鈦酸四異丙酯、鈦酸四正丁酯中的一 種或幾種。所述水解反應(yīng)液為NaOH、KOH、NaHC03、氨水、NH4HC03中的一種。所采用的有機酸為草酸、檸檬酸、酒石酸、苯甲酸、己二酸、醋酸中的一種。采用本發(fā)明制備的染料敏化太陽能電池用銳鈦礦相二氧化鈦溶膠，經(jīng)旋涂或噴涂 成膜后即可得到高性能染料敏化太陽能電池用的二氧化鈦致密膜，可以提高二氧化鈦薄膜 與基體間的結(jié)合程度，可以有效阻止電解液與光陽極接觸，從而減少電子復(fù)合，因而有助于 大幅提高電池性能，有助于推進染料敏化太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化進程。


附圖1所示為實施例3制備的二氧化鈦溶膠的TEM電鏡照片。由圖可以見溶膠 由尺寸為8nm左右的顆粒組成，顆粒大小均勻，且顆粒間有粘連，保證了致密膜的形成以及 良好的電荷傳輸能力和有效的阻隔電解質(zhì)。附圖2所示為實施例3制備的二氧化鈦溶膠的XRD圖譜，從圖可以看到該溶膠已經(jīng)形成了結(jié)晶良好的銳鈦礦相，通過謝樂公式計算得到其平均粒徑為7. 4nm，與TEM電鏡照
片相一致。
具體實施例方式實施例1 首先在15-20°C下將0. lmol硫酸氧鈦和水按鈦離子濃度為2mol/L的比 例混合后靜置12小時澄清，過濾后與lmol/L的氨水共沉淀滴定至200ml去離子水中，至pH 值等于時7為止，得到白色氫氧化鈦沉淀，離心洗滌5次，然后在60°C下，按Ti4+ 草酸 雙氧水的摩爾比為1 5 5進行溶解，然后用氨水將該溶液的pH值調(diào)節(jié)至7. 5，靜置12 小時后即得到二氧化鈦溶膠前驅(qū)體，然后將二氧化鈦溶膠前驅(qū)體在水熱釜中在90°C下水熱 處理20h后得到黃色的銳鈦礦相二氧化鈦溶膠。實施例2 首先將0. lmol的打(14與4001111的lmol/L的NaHC03共沉淀滴定于200ml 去離子水中得到白色氫氧化鈦沉淀，離心洗滌5次，然后在50°C下，按Ti4+ 、檸檬酸雙 氧水的摩爾比為1 5 6進行溶解，然后用氨水將該溶液的pH值調(diào)節(jié)至7. 5，靜置12小 時后即得到二氧化鈦溶膠前驅(qū)體，然后將二氧化鈦溶膠前驅(qū)體在水熱釜中250°C下水熱處 理4h后得到黃色的銳鈦礦相二氧化鈦溶膠。實施例3 首先將0. lmol的硫酸鈦與400ml的lmol/L的NaOH共沉淀滴定于200ml 去離子水中得到白色氫氧化鈦沉淀，離心洗滌5次，然后在80°C下，按Ti4+ 、酒石酸雙 氧水的摩爾比為1 10 10進行溶解，然后用氨水將該溶液的pH值調(diào)節(jié)至7. 5，靜置12 小時后即得到二氧化鈦溶膠前驅(qū)體，然后將二氧化鈦溶膠前驅(qū)體在水熱釜中160°C下水熱 處理6h后得到黃色的銳鈦礦相二氧化鈦溶膠；如圖1所示，溶膠由尺寸為8nm左右的顆粒 組成，顆粒大小均勻，且顆粒間有粘連，保證了致密膜的形成以及良好的電荷傳輸能力和有 效的阻隔電解質(zhì)。從圖2可以看到該溶膠已經(jīng)形成了結(jié)晶良好的銳鈦礦相，通過謝樂公式計算得到 其平均粒徑為7. 4nm,與TEM電鏡照片相一致。實施例4 首先將0. lmol的鈦酸四異丙酯與200ml的NH4HC03共沉淀滴定100ml去 離子水中得到白色氫氧化鈦沉淀，離心洗滌5次，然后在50°C下，按Ti4+ 苯甲酸雙氧水 的摩爾比為1 5 6進行溶解，然后用氨水將該溶液的pH值調(diào)節(jié)至7. 5，靜置12小時后 即得到二氧化鈦溶膠前驅(qū)體，然后將二氧化鈦溶膠前驅(qū)體在水熱釜中70°C下水熱處理24h 后得到黃色的銳鈦礦相二氧化鈦溶膠。實施例5 首先將0. lmol的鈦酸四正丁酯與0. 2mol的K0H淀滴定200ml去離子 水中得到白色氫氧化鈦沉淀，離心洗滌3次，然后在50°C下，按Ti4+ 、己二酸雙氧水的 摩爾比為1 2 2進行溶解，然后用氨水將該溶液的pH值調(diào)節(jié)至7. 5，靜置12小時后即 得到二氧化鈦溶膠前驅(qū)體，然后將二氧化鈦溶膠前驅(qū)體在水熱釜中120°C下水熱處理8h后 得到黃色的銳鈦礦相二氧化鈦溶膠。實施例6 首先將0. lmol的鈦酸四正丁酯與0. 2mol的K0H滴定至200ml去離子 水中得到白色氫氧化鈦沉淀，離心洗滌3次，然后在50°C下，按Ti4+ 、醋酸雙氧水的摩 爾比為1 4 6進行溶解，然后用氨水將該溶液的pH值調(diào)節(jié)至7. 5，靜置12小時后即得 到二氧化鈦溶膠前驅(qū)體，然后將二氧化鈦溶膠前驅(qū)體在水熱釜中120°C下水熱處理8h后得 到黃色的銳鈦礦相二氧化鈦溶膠。
權(quán)利要求
一種太陽能電池用銳鈦礦二氧化鈦溶膠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟將鈦源與水解反應(yīng)液共沉淀得到白色氫氧化鈦沉淀，離心洗滌3 5次；將洗滌后的白色沉淀在30～80℃下，按Ti4+∶有機酸∶雙氧水的摩爾比為1∶2∶2～1∶10∶10進行膠溶，然后靜置陳化12h后得到二氧化鈦溶膠前驅(qū)體；將二氧化鈦溶膠前驅(qū)體在70～250℃條件下水熱處理4～24h后得到黃色的銳鈦礦相二氧化鈦溶膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種太陽能電池用銳鈦礦二氧化鈦溶膠的制備方法，其特征在 于所述的鈦源為硫酸氧鈦、硫酸鈦、四氯化鈦、鈦酸四異丙酯、鈦酸四正丁酯中的一種或幾 種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種太陽能電池用銳鈦礦二氧化鈦溶膠的制備方法，其特征在 于所述水解反應(yīng)液為Na0H、K0H、NaHC03、氨水、NH4HC03中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種太陽能電池用銳鈦礦二氧化鈦溶膠的制備方法，其特征在 于所采用的有機酸為草酸、檸檬酸、酒石酸、苯甲酸、己二酸、醋酸中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開一種太陽能電池用銳鈦礦相二氧化鈦溶膠的制備方法，將鈦源與反應(yīng)液共沉淀滴定得到白色氫氧化鈦沉淀，按Ti4+∶有機酸∶雙氧水的摩爾比為1∶2∶2～1∶10∶10進行溶解，調(diào)節(jié)pH值至7.5，靜置12小時后得到二氧化鈦溶膠前驅(qū)體，然后將二氧化鈦溶膠前驅(qū)體在70～250℃下水熱處理4～24h后得到黃色的銳鈦礦相二氧化鈦溶膠；采用本發(fā)明制備的染料敏化太陽能電池用銳鈦礦相二氧化鈦溶膠，經(jīng)旋涂或噴涂成膜后即可得到高性能染料敏化太陽能電池用的二氧化鈦致密膜，可以提高二氧化鈦薄膜與基體間的結(jié)合程度，可以有效阻止電解液與光陽極接觸，從而減少電子復(fù)合，因而有助于大幅提高電池性能，有助于推進染料敏化太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化進程。
文檔編號C01G23/053GK101891247SQ20101020897
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者劉文秀 申請人:彩虹集團公司