專利名稱：二氧化鈦包覆的碳納米管的薄膜電極的制備方法
二氧化鈦包覆的碳納米管的薄膜電極的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜電極的制備方法，特別是一種在染料敏化電池中薄膜電極的
制備方法。背景技術(shù)：
進(jìn)入21世紀(jì)以來，能源枯竭和環(huán)境污染是當(dāng)今世界面臨的兩大難題，太陽能、風(fēng) 能、地?zé)岬染G色無污染可再生能源的研究成為熱點。其中，染料敏化太陽能電池以其低廉的 制作成本，簡易的制作工序，以及無毒無害無污染的特征受到廣泛的關(guān)注。
染料敏化太陽能電池主要由工作電極、鉬對電極和兩個電極間的電解質(zhì)構(gòu)成，其 中工作電極的性質(zhì)是影響電池光電轉(zhuǎn)化效率的重要因素。太陽光照射工作電極時，電極的 氧化鈦薄膜上吸附的敏化染料被激發(fā)，激發(fā)態(tài)染料將電子注入氧化鈦導(dǎo)帶，自身轉(zhuǎn)變?yōu)檠?化態(tài)，電子通過導(dǎo)電玻璃，經(jīng)由外電路做功后，回到鉑對電極。鉑對電極將電子傳導(dǎo)給電解 液，氧化態(tài)的染料被電解液中電子還原，從而，完成一個循環(huán)。 染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率主要由入射光的捕獲效率、轉(zhuǎn)化效率及電子 傳導(dǎo)效率決定，在此過程中，二氧化鈦薄膜的光電子傳導(dǎo)性能起到關(guān)鍵性作用。然而，氧化 鈦薄膜電子在垂直導(dǎo)電基底方向上的傳導(dǎo)阻力大，因此，其傳導(dǎo)效率低，從而，使得染料敏 化太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率低。 鑒于以上問題，實有必要針對以上技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，以克服上述缺陷。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種二氧化鈦包覆的碳納米管的薄膜電極的 制備方法，其可提高光電子在薄膜中的傳導(dǎo)效率，減少電子在薄膜中的傳輸阻力，從而有效 地提高短路電流，增大染料敏化太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率。 為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種二氧化鈦包覆的碳納米管的薄膜電極的
制備方法，包括以下步驟 (1)碳納米管的預(yù)處理 取直徑為25nm的多壁碳納米管，放入雙氧水中，在5(TC下超聲波24h，最后將產(chǎn)物 過濾，以備后用； (2) 二氧化鈦包覆的碳納米管漿料的制備 a)取Ti(0Pri)4 :異丙醇硝酸水的質(zhì)量比為i : (5-15) : i : (o. i-o. 5)充
分混合均勻，在7(TC回流1. 5h，即制得溶膠-凝膠溶液； b)將步驟a)中的溶膠-凝膠溶液與步驟(1)中預(yù)處理過的碳納米管按質(zhì)量比為 (5-10) : l混合并攪拌; c)將步驟b)得到的混合物在75t:旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，蒸發(fā)后的混合物置于水熱釜中在 50(TC水熱處理lh，得到二氧化鈦包覆的碳納米管槳料；
(3)薄膜的制備
4
A)取步驟(2)中得到的二氧化鈦包覆的碳納米管漿料5ml，加入(0. 5) g 二氧 化鈦P25納米粉體，置于密封容器中，磁力攪拌30min，將其印刷到導(dǎo)電基底上，形成一層二 氧化鈦薄膜； B)將步驟A)得到的器件干燥后放入馬弗爐內(nèi)于50(TC燒結(jié)0. 5h ; C)將步驟B)得到的器件隨爐冷卻至8(TC，取出放入0. 5mol/L的具有N3染料的
無水乙醇中靜置24h; D)將步驟C)得到的器件取出，用乙醇沖洗，即得到氧化鈦薄膜電極。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明二氧化鈦包覆的碳納米管的薄膜電極的制備方法至少具
有以下優(yōu)點由于碳納米管是一種具有良好的導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性的一維材料，因此，將其
引入傳統(tǒng)的P25顆粒薄膜電極中后，可提高光電子在膜中的傳導(dǎo)效率，減少電子在薄膜中
的傳輸阻力，有效的地提高了短路電流，最終達(dá)到增大染料敏化太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率
的目的。


圖1是本發(fā)明的二氧化鈦包覆的碳納米管形貌圖； 圖2是本發(fā)明氧化鈦薄膜電極的I-V曲線與傳統(tǒng)薄膜電極的I-V曲線。
具體實施方式
實施例一 (1)碳納米管原料預(yù)處理 將直徑為25nm的多壁碳納米管置入盛有雙氧水的超聲波清洗機中，5(TC超聲 24h，產(chǎn)物用孔徑為lum的PTFE膜過濾以除去雜質(zhì)；
(2) 二氧化鈦包覆的碳納米管漿料的制備 將Ti(0Pri)4，異丙醇，硝酸和水按1 :5:1: 0. 1混合均勻，在7(TC回流1. 5h， 即得到溶膠_凝膠溶液，其中，回流過程中保持?jǐn)嚢?，接著，將制得的溶膠_凝膠溶液與步驟
(i)中預(yù)處理過的碳納米管按質(zhì)量比為io : l混合，在圓口燒瓶中機械攪拌2h，然后，將攪
拌后的混合物放在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上在75t:蒸發(fā)30min，最后，將蒸發(fā)后的混合物移轉(zhuǎn)至水熱 釜中在50(TC水熱處理lh，即得到二氧化鈦包覆的碳納米管漿料；
(3)薄膜制備 A)取步驟(2)中得到的二氧化鈦包覆的碳納米管漿料5ml，加入0. lg 二氧化鈦 P25納米粉體混合后，置于密封容器中，磁力攪拌2h，然后，用絲網(wǎng)印刷法將其印刷在導(dǎo)電 玻璃的基底上，形成二氧化鈦薄膜，薄膜面積為0. 75cm2 ; B)將上述步驟A)中得到的器件自然干燥后，放入馬弗爐中50(TC燒結(jié)0. 5h ; C)將上述步驟B)中得到的器件隨爐冷卻至8(TC后取出； D)浸入0. 5mol/L具有N3染料的無水乙醇溶液中，靜置24h后取出； E)用乙醇沖洗直至洗去吸附在表面的染料，即得到二氧化鈦包覆的碳納米管的氧
化鈦薄膜電極。 由該實施例的方法得到的二氧化鈦包覆的碳納米管形貌如圖1所示，氧化鈦薄膜 電極的I-V曲線如圖2中曲線b所示，光電性能數(shù)據(jù)見表1所示。
實施例二 實施例二與實施例一基本上相同，不同點在于在步驟(2)中，制備溶膠-凝膠溶 液時，Ti(0Pri)4，異丙醇，硝酸和水的比例為1 : 15 : 1 : O. 5 ;制備薄膜時，二氧化鈦P25 納米粉體的質(zhì)量為1. 5g，按照實施例二得到二氧化鈦包覆的碳納米管的氧化鈦薄膜的I-V 曲線如圖2中曲線c所示，光電性能數(shù)據(jù)見表1所示。
實施例三 實施例三與實施例一基本上相同，不同點在于在步驟(2)中，溶膠-凝膠溶液與 預(yù)處理過的碳納米管的質(zhì)量比5 : l混合，按照實施例三得到二氧化鈦包覆的碳納米管的 氧化鈦薄膜的I-V曲線如圖2中曲線d所示，光電性能數(shù)據(jù)見表1所示。
表1
短路電路/mA開路電壓/v填充因子效率/%
a7. 770. 680. 653. 46
b11. 120. 760. 645. 39
c9. 690. 7080. 624. 25
d8. 940. 7190. 654. 18 以上所述僅為本發(fā)明的一種實施方式，不是全部或唯一的實施方式，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明 的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
一種二氧化鈦包覆的碳納米管的薄膜電極的制備方法，包括以下步驟(1)碳納米管的預(yù)處理取直徑為25nm的多壁碳納米管，放入雙氧水中，在50℃下超聲波24h，最后將產(chǎn)物過濾，以備后用；(2)二氧化鈦包覆的碳納米管漿料的制備A)取Ti(OPri)4∶異丙醇∶硝酸∶水的質(zhì)量比為1∶(5-15)∶1∶(0.1-0.5)充分混合均勻，在70℃回流1.5h，即制得溶膠-凝膠溶液；B)將步驟A)中的溶膠-凝膠溶液與步驟(1)中預(yù)處理過的碳納米管按質(zhì)量比為(5-10)∶1混合并攪拌；C)將步驟B)中得到的混合物在75℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，將蒸發(fā)后的混合物置于水熱釜中在500℃水熱處理1h，即得到二氧化鈦包覆的碳納米管漿料；(3)薄膜的制備A)取步驟(2)中得到的二氧化鈦包覆的碳納米管漿料5ml，加入0.1-1.5g二氧化鈦P25納米粉體，放入密封容器中，磁力攪拌30min，然后，將其印刷到導(dǎo)電基底上，形成一層二氧化鈦薄膜；B)干燥后放入馬弗爐內(nèi)在500℃燒結(jié)0.5h；C)隨爐冷卻至80℃，取出放入0.5mol/L的具有N3染料的無水乙醇中靜置24h；D)取出，用乙醇沖洗，即得到所需的薄膜電極。
2. 如權(quán)利要求1所述的二氧化鈦包覆的碳納米管的薄膜電極的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1) 碳納米管的預(yù)處理將直徑為25nm的多壁碳納米管置入雙氧水中，在5(TC下超聲波24h，將產(chǎn)物用孔徑為lum的PTFE膜過濾，以備后用；(2) 二氧化鈦包覆的碳納米管漿料的制備a)取Ti(0Pr、異丙醇硝酸水的質(zhì)量比為i : 5 : i : o. i充分混合均勻，在7(TC回流1. 5h，其中，回流時保持?jǐn)嚢?，即制得溶膠-凝膠溶液；B) 將步驟A)中的溶膠-凝膠溶液與步驟A)中預(yù)處理過的碳納米管按質(zhì)量比為IO : 1混合并攪拌；C) 將步驟B)中得到的混合物在75t:旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，蒸發(fā)后的混合物置于水熱釜中在50(rC水熱處理lh，即得到二氧化鈦包覆的碳納米管槳料；(3) 薄膜的制備A) 取步驟(2)中得到的二氧化鈦包覆的碳納米管漿料5ml，加入0. lg二氧化鈦P25納米粉體，放置于密封容器中，磁力攪拌30min，將其印刷到導(dǎo)電基底上，形成一層二氧化鈦薄膜；B) 將步驟A)得到的器件干燥后放入馬弗爐內(nèi)在50(TC燒結(jié)0. 5h ;C) 將步驟B)得到的器件隨爐冷卻至8(TC，取出放入0. 5mol/L的具有N3染料的無水乙醇中靜置24h ;D) 將步驟C)得到的器件取出，用乙醇沖洗，即得到所需的薄膜電極。
3. 如權(quán)利要求1所述的二氧化鈦包覆的碳納米管的薄膜電極的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1) 碳納米管的預(yù)處理將直徑為25nm的多壁碳納米管置入雙氧水中，在5(TC下超聲波24h，將產(chǎn)物用孔徑為 lum的PTFE膜過濾，以備后用；(2) 二氧化鈦包覆的碳納米管漿料的制備A) 取Ti(0Pr^ :異丙醇硝酸水的質(zhì)量比為i : 15 : i : o.s充分混合均勻，在7(TC回流1. 5h，其中，回流時保持?jǐn)嚢?，即制得溶膠-凝膠溶液；B) 將步驟A)中的溶膠-凝膠溶液與步驟(1)中預(yù)處理過的碳納米管按質(zhì)量比為 10 : 1混合并攪拌；c) 將步驟b)得到的混合物在75t:旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，蒸發(fā)后的混合物置于水熱釜中在50(rC水熱處理lh，得到二氧化鈦包覆的碳納米管漿料；(3) 薄膜的制備A) 取步驟(2)中得到的二氧化鈦包覆的碳納米管漿料5ml，加入1.5g二氧化鈦P25 納米粉體，置于密封容器中，磁力攪拌30min，將其印刷到導(dǎo)電基底上，形成一層二氧化鈦薄 膜；B) 將步驟A)得到的器件干燥后放入馬弗爐內(nèi)在50(TC燒結(jié)0. 5h ;C) 將步驟B)得到的器件隨爐冷卻至8(TC，取出放入0. 5mol/L的具有N3染料的無水 乙醇中靜置24h ;d) 將步驟c)得到的器件取出，用乙醇沖洗，即得到所需的薄膜電極。
4.如權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽能電池對電極的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1) 碳納米管的預(yù)處理將直徑為25nm的多壁碳納米管置入雙氧水中，在5(TC下超聲波24h，產(chǎn)物用孔徑為lum 的PTFE膜過濾，以備后用；(2) 二氧化鈦包覆的碳納米管漿料的制備a)按Ti(0Pr^ :異丙醇硝酸水的質(zhì)量比為i : 15 : i : o.s充分混合均勻，在7(TC回流1. 5h，其中，回流時保持?jǐn)嚢?，即制得溶膠-凝膠溶液；B) 將步驟A)中的溶膠-凝膠溶液與步驟(1)中預(yù)處理過的碳納米管按質(zhì)量比為5 : 1 混合并攪拌；c) 將步驟b)得到的混合物在75t:旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，蒸發(fā)后的混合物置于水熱釜中在50(rC水熱處理lh，得到二氧化鈦包覆的碳納米管漿料；(3) 薄膜的制備A) 取步驟(2)中得到的二氧化鈦包覆的碳納米管漿料5ml，加入1.5g二氧化鈦P25 納米粉體，置于密封容器內(nèi)，磁力攪拌30min，將其印刷到導(dǎo)電基底上，形成一層二氧化鈦薄 膜；B) 將步驟A)得到的器件干燥后放入馬弗爐內(nèi)在50(TC燒結(jié)0. 5h;C) 將步驟B)得到的器件隨爐冷卻至8(TC，取出放入0. 5mol/L的具有N3染料的無水 乙醇中靜置24h ;d) 將步驟c)得到的器件取出，用乙醇沖洗，即得到氧化鈦薄膜電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二氧化鈦包覆的碳納米管的薄膜電極的制備方法(1)碳納米管的預(yù)處理將多壁碳納米管放入雙氧水中超聲處理，產(chǎn)物過濾；(2)取Ti(OPri)4、異丙醇、硝酸，和水混合，并回流；(3)將步驟(2)得到的溶液與步驟(1)得到的碳納米管混合，再旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，剩余物于水熱釜中水熱處理，即得到二氧化鈦包覆的碳納米管漿料；(4)將上述二氧化鈦包覆的碳納米管漿料加入二氧化鈦P25納米粉體混合后印刷在導(dǎo)電基底上，然后，干燥后放入馬弗爐燒結(jié)，最后，隨爐冷卻，取出放入具有N3染料的無水乙醇中靜置，取出且洗去表面的染料，即得到所需的電極，由該方法制得的電極，電子在薄膜中的傳輸阻力，電池光電轉(zhuǎn)化效率高。
文檔編號H01G9/042GK101777431SQ20101012428
公開日2010年7月14日 申請日期2010年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月15日
發(fā)明者劉文秀, 姜春華, 李少彥, 王立新 申請人:彩虹集團(tuán)公司