專(zhuān)利名稱(chēng)：一種提高二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池性能的陽(yáng)極處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提高二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池性能的陽(yáng)極處理方法。
背景技術(shù)：
隨著當(dāng)今世界能源危機(jī)的加深及環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，風(fēng)能和太陽(yáng)能等清潔型新能源的探索研究越來(lái)越受到人們的重視。染料敏化太陽(yáng)能電池是一種新型的太陽(yáng)能電池，與目前市場(chǎng)上所售的硅太陽(yáng)能電池相比，該類(lèi)電池具有成本低，制作工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但是由于目前該類(lèi)電池的光電轉(zhuǎn)化效率還無(wú)法與傳統(tǒng)的硅太陽(yáng)能電池抗衡，所以采用某些新技術(shù)來(lái)提高它的光電轉(zhuǎn)換性能是目前迫切需要解決的問(wèn)題。陽(yáng)極材料的開(kāi)發(fā)是其中一個(gè)非常重要的研究方向，如對(duì)材料組成、納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以及后續(xù)的陽(yáng)極處理技術(shù)。在所有的陽(yáng)極材料中，二氧化鈦是被公認(rèn)為目前具有最高光電轉(zhuǎn)換效率的陽(yáng)極材料，通常對(duì)二氧化鈦陽(yáng)極材料進(jìn)行表面處理，可以提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。傳統(tǒng)的陽(yáng)極處理方法一般是采用四氯化鈦溶液對(duì)陽(yáng)極材料進(jìn)行表面處理。眾所周知，四氯化鈦是一種危險(xiǎn)且反應(yīng)劇烈的化學(xué)試劑。這種試劑在空氣中會(huì)散發(fā)強(qiáng)烈的煙霧，用蒸餾水稀釋四氯化鈦的反應(yīng)非常劇烈，必須在通風(fēng)櫥內(nèi)冰浴中進(jìn)行，操作相當(dāng)麻煩且須極其謹(jǐn)慎。很多科研工作者都是采用在冰浴中配制四氯化鈦溶液，且一般用冰箱保存(如J. Am. Chem. Soc. 2009，131，3985-3990 ； Prog. Photovolt :Res. App 1. 2006，14，589-601)。為了既能提高太陽(yáng)能電池的性能，又能夠安全方便地操作，本發(fā)明提出一種新的二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極處理方法，通過(guò)采用一種溫和、易操作的三氯化鈦試劑作為陽(yáng)極的表面處理試劑，對(duì)太陽(yáng)能電池陽(yáng)極進(jìn)行處理，可以明顯提高太陽(yáng)能電池的性能。該試劑與水的稀釋可在室溫下操作，無(wú)劇烈反應(yīng)，無(wú)大量刺激性氣體揮發(fā)。一般化學(xué)品公司都有三氯化鈦銷(xiāo)售，價(jià)格還略低于四氯化鈦。 此外，該陽(yáng)極處理技術(shù)適用范圍廣，電池性能顯著提高，是染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極處理技術(shù)的又一候選方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外染料敏化太陽(yáng)能電池的研究現(xiàn)狀，考慮到該類(lèi)電池較低于硅類(lèi)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，提供一種新型的電池陽(yáng)極處理方法，從而在一定程度上提高染料敏化太陽(yáng)能電池的光電性能。本發(fā)明的另一個(gè)目的是針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極處理方法的缺點(diǎn)，提供一種新的染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極處理方法，使用一種性質(zhì)溫和、價(jià)格低廉的試劑對(duì)太陽(yáng)能電池進(jìn)行陽(yáng)極處理。該方法簡(jiǎn)單易操作，危險(xiǎn)性低，應(yīng)用性廣，效果顯著。采用本方法可使得染料敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率提高5% 25%，短路電流提高5% 30%。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種提高二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池性能的陽(yáng)極處理方法，其特征在于所述的陽(yáng)極是以硫酸鈦和尿素水熱合成的TiO2，研磨成細(xì)粉后，與蒸餾水和聚乙二醇-20000 配成漿料涂于清洗后的FTO玻璃表面(FT0玻璃是摻雜氟的SnO2導(dǎo)電玻璃(SnO2: F)，簡(jiǎn)稱(chēng)為FT0)，干燥，煅燒后得到的二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極；其陽(yáng)極處理方法，采用三氯化鈦?zhàn)鳛樘幚碓噭┻M(jìn)行處理，將上述所得的二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極置于預(yù)熱并冷卻后的TiCl3稀溶液中，TiCl3濃度為0. 01 0. 9mol/L，保溫10-100分鐘后取出干燥，煅燒冷卻后即得到光電性能提高的二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極。所述的二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極的制備是，將硫酸鈦溶于蒸餾水中， 再加入尿素，尿素與硫酸鈦的摩爾比為2，攪拌至溶液澄清后，將混合溶液轉(zhuǎn)入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的不銹鋼反應(yīng)釜中，密封后在恒溫干燥箱中200°C加熱保溫6小時(shí)；待反應(yīng)釜冷卻到室溫后，將所得的沉淀用蒸餾水和乙醇分別洗滌3次以上，然后在干燥箱中于70°C下干燥， 研磨后得二氧化鈦粉末；將所得二氧化鈦粉末和蒸餾水、聚乙二醇-20000按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為 1:4: 0.2研磨混合均勻后，用刮刀法將漿料涂于清洗后的FTO玻璃表面制成二氧化鈦膜；將二氧化鈦膜在空氣中自然干燥后放入馬弗爐中450°C煅燒60分鐘，得到二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極。本發(fā)明的提高二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池性能的陽(yáng)極處理方法，其方法步驟依次為第1、將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15% 20%的三氯化鈦水溶液直接用蒸餾水稀釋為0. 01 0. 9mol/L的稀溶液，攪拌均勻后，密封并放至恒溫干燥箱內(nèi)于40 100°C預(yù)熱10 100分鐘后，取出冷卻；第2、將所要處理的二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極放置于表面皿內(nèi)，倒入第1步中冷卻后的三氯化鈦稀溶液，將表面皿密封后放入恒溫干燥箱內(nèi)于40 100°C保溫 10 100分鐘；第3、將經(jīng)過(guò)第2步處理后的二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極取出，用去離子水和乙醇分別沖洗2次以上，然后在空氣中自然晾干，將晾干后的二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極在馬弗爐中于200 800°C，煅燒5 150分鐘，冷卻后即得到光電性能提高的二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極。本發(fā)明的陽(yáng)極處理方法中，所述的TiCl3稀溶液濃度優(yōu)選為0. 05 0. 3mol/L。本發(fā)明的陽(yáng)極處理方法步驟2中，優(yōu)選三氯化鈦稀溶液處理二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極的反應(yīng)溫度為60 85°C，保溫時(shí)間為20 50分鐘。本發(fā)明的陽(yáng)極處理方法步驟3中，優(yōu)選在馬弗爐中煅燒溫度為300 500°C，煅燒時(shí)間20 85分鐘。本發(fā)明的陽(yáng)極處理方法步驟3中，最優(yōu)選在馬弗爐中煅燒溫度為450°C，煅燒時(shí)間 30分鐘。本發(fā)明的一種提高二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池性能的陽(yáng)極處理方法，操作簡(jiǎn)單，可在室溫下進(jìn)行，無(wú)須冰浴等特殊處理。采用本方法可使得染料敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率提高5^-25%,短路電流提高5 % 30 %。本發(fā)明所述的TiCl3處理二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極方法，除適用于由硫酸鈦合成的二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極外，還適用于由鈦酸丁酯，三氯化鈦等合成的二氧化鈦基電池陽(yáng)極。
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TiCl3處理二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極前后的染料敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換性能，用上海辰華儀器公司的電化學(xué)工作站(CHI660C)，在Newport公司91160型太陽(yáng)光模擬器(光強(qiáng)為lOOmW/cm2)下進(jìn)行光電流_光電壓特性的測(cè)試。實(shí)驗(yàn)中對(duì)陽(yáng)極進(jìn)行敏化處理的染料為N719 (Solaronix S. A.，瑞士 )，電解質(zhì)溶液的組成為0. 3M LiI, 0. 05MI2, 0. 6M 1-丙基-3-甲基碘化咪唑鹽和0. 5M叔丁基吡啶，溶劑為乙腈。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下先開(kāi)啟太陽(yáng)光模擬器進(jìn)行預(yù)熱，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電池調(diào)準(zhǔn)至穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)工作狀態(tài)(lOOmW/cm2)。將二氧化鈦陽(yáng)極與鉬對(duì)電極組合成三明治式的結(jié)構(gòu)，將電池兩極與電化學(xué)工作站連接，放置光源中間區(qū)域。再在兩個(gè)電極之間注入預(yù)先配好的電解質(zhì)溶液，在電化學(xué)工作站中選擇“Linear Sweep Voltammetry”模式進(jìn)行測(cè)試。電池測(cè)試面積為0. 16cm2。測(cè)試結(jié)束后，將所得光電流-光電壓特性曲線換算并轉(zhuǎn)換成測(cè)試面積為Icm2的標(biāo)準(zhǔn)曲線圖。單色光電轉(zhuǎn)換效率 (IPCE)是在Newport公司的QE/IPCE測(cè)試設(shè)備上進(jìn)行的。將電極固定在測(cè)試板上，讓單色光照射在電極的二氧化鈦膜上面，然后注入電解質(zhì)進(jìn)行測(cè)試。波長(zhǎng)范圍取400 800nm。TiCl3處理二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極前后的微結(jié)構(gòu)表征方法為運(yùn)用掃描電鏡(SEM)，場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)及透射電鏡(TEM)，分別觀察整個(gè)二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極及單顆二氧化鈦顆粒處理前后形貌的變化。單個(gè)二氧化鈦顆粒的FESEM觀察是通過(guò)將陽(yáng)極基底上的二氧化鈦薄膜刮下來(lái)，超聲分散在無(wú)水乙醇中，然后將分散液滴加到FESEM樣品臺(tái)上進(jìn)行的。觀察樣品的TEM所需的制備方法是將陽(yáng)極基底上的二氧化鈦薄膜刮下來(lái)，超聲分散在無(wú)水乙醇中，然后將分散液滴加到炭-銅復(fù)合網(wǎng)上。粉末樣品的比表面積是將陽(yáng)極基底上的二氧化鈦薄膜刮下來(lái)，通過(guò)氮吸附的方法在型號(hào)為Micromeritics ASAP 2020 (USA)的氮吸附儀器上進(jìn)行測(cè)試的。樣品的Brunauer-Emmett-Teller(BET)表面積(Sbet)是通過(guò)多點(diǎn)BET法利用相對(duì)壓力(P/ P0) 0. 05-0. 25范圍內(nèi)的吸附數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)。通過(guò)Barret-Joyner-Halender (BJH)法，采用脫附等溫線來(lái)測(cè)定孔徑分布。以相對(duì)壓力(P/P。)為0.995的隊(duì)吸附體積來(lái)確定孔容和平均孔徑。


下述二氧化鈦陽(yáng)極是指二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極。圖ITiCl3處理二氧化鈦陽(yáng)極的反應(yīng)裝置示意中1-密封表面皿，2-三氯化鈦稀溶液，3- 二氧化鈦薄膜，4-陽(yáng)極基底。圖2TiCl3處理二氧化鈦陽(yáng)極表面前后的SEM照片(a 未處理，b 處理后)圖3TiCl3處理二氧化鈦陽(yáng)極前后單個(gè)二氧化鈦顆粒的SEM照片(c 未處理，d 處理后)圖4TiCl3處理二氧化鈦陽(yáng)極前后二氧化鈦粉末的氮?dú)馕?脫附等溫線(a 未處理，b 處理后)，插圖為孔徑分布曲線圖5TiCl3處理二氧化鈦陽(yáng)極前后電池I-V特性曲線的比較(a 未處理前，b 處理后)圖6TiCl3處理二氧化鈦陽(yáng)極前后電池IPCE的比較(a 未處理，b 處理后)具體實(shí)施方式
TiCl3處理二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極的實(shí)驗(yàn)反應(yīng)裝置如圖1所示。實(shí)施例1 提高二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池性能的陽(yáng)極處理方法1)、制備二氧化鈦陽(yáng)極將5. 4克硫酸鈦溶于150毫升蒸餾水中，再加入尿素，尿素與硫酸鈦的摩爾比為2， 攪拌至溶液澄清后，將混合溶液轉(zhuǎn)入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的不銹鋼反應(yīng)釜中，密封后在恒溫干燥箱中200°C加熱保溫6小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，待反應(yīng)釜冷卻到室溫后，將所得的沉淀用蒸餾水和乙醇分別洗滌3 次，然后在干燥箱中在70°C下干燥10小時(shí)，研磨成細(xì)粉，即得染料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極材料-納晶二氧化鈦粉末。將所得二氧化鈦粉末和蒸餾水、聚乙二醇-20000以質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為1 4 0.2，在瑪瑙研缽中研磨混合均勻后，用刮刀法將漿料涂于清洗后的FTO玻璃表面，F(xiàn)TO玻璃表面四周用膠帶粘貼作為框架。將二氧化鈦膜在空氣中自然干燥，撕掉FTO玻璃表面周?chē)哪z帶，然后放入馬弗爐中450°C煅燒60分鐘，得到二氧化鈦陽(yáng)極。2)、二氧化鈦陽(yáng)極處理將15wt% 20wt%的三氯化鈦溶液用蒸餾水稀釋至0. lmol/L的稀溶液，攪拌均勻后，密封并放入恒溫干燥箱內(nèi)于70°C預(yù)熱約25分鐘，直至透明溶液略微有一點(diǎn)點(diǎn)渾濁出現(xiàn)，即取出冷卻。將所要處理的二氧化鈦陽(yáng)極放入表面皿中，倒入經(jīng)預(yù)熱處理冷卻后的三氯化鈦稀溶液(見(jiàn)圖1)，將表面皿密封后放入恒溫干燥箱內(nèi)于70°C保溫約30分鐘，直至溶液中出現(xiàn)大量白色渾濁。用鑷子取出所述的二氧化鈦陽(yáng)極，用蒸餾水及乙醇各沖洗2次，自然晾干。最后將干燥后的二氧化鈦陽(yáng)極在馬弗爐中進(jìn)行450°C煅燒30分鐘。冷卻后即得光電性能提高的二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極。圖2給出了三氯化鈦稀溶液處理二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極前后整個(gè)二氧化鈦陽(yáng)極的SEM照片，a 處理前，b 處理后。圖3給出了三氯化鈦稀溶液處理二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極前后單個(gè)二氧化鈦顆粒的FESEM照片，c 處理前，d 處理后。從圖2、圖3照片中沒(méi)有看出表面處理后二氧化鈦薄膜厚度有所增加，二氧化鈦顆粒之間的孔隙也沒(méi)有看出明顯地縮小。說(shuō)明該處理是一個(gè)極其微觀的過(guò)程，一般的表征手段不能輕易發(fā)現(xiàn)陽(yáng)極材料處理前后的變化。圖4是三氯化鈦稀溶液處理二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極前后二氧化鈦薄膜的氮?dú)馕?脫附等溫線，插圖是孔徑分布曲線。處理前后二氧化鈦粉末的滯后環(huán)均為H2型，說(shuō)明處理前后孔的形狀沒(méi)有任何變化，且均為墨水瓶形。但是從表1中可以看出孔徑由原來(lái)的7. 7nm縮小至7. lnm，孔體積從0. 31cm7g下降至0. 23cm7g，孔隙率從8% 下降至47.3%。同時(shí)，樣品的比表面積也從123.9m2/g降至93.9m2/g。這些都充分說(shuō)明經(jīng) TiCl3處理后二氧化鈦顆粒的表面有改性，二氧化鈦顆粒表面有可能覆蓋了一層極其細(xì)小的顆粒，這些小顆粒的大小約為1 2nm。圖5是TiCl3處理二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極前后電池I-V特性曲線的結(jié)果比較，詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。從中可以得出，TiCl3處理后，樣品的短路電流密度及光電轉(zhuǎn)換效率分別是15. 7mA/cm_2和5. 7%,比未處理的樣品分別增長(zhǎng)15. 4%和10. 3%。較高光電轉(zhuǎn)換效率的獲得主要是來(lái)自于短路電流的增加。這是因?yàn)榻?jīng)過(guò)TiCl3處理后降低了樣品表面電子和電解質(zhì)復(fù)合反應(yīng)的進(jìn)行。圖6是TiCl3處理二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極前后電池的單色光電轉(zhuǎn)換效率(IPCE)。在400 800nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，TiCl3處理后的樣品的IPCE值均高出未處理的樣品。在最大值(530nm)處，處理后的樣品的IPCE值比未處理的高出約33. 5%。這與在 I-V測(cè)試中較高的短路電流是吻合的。綜上所述，用三氯化鈦對(duì)二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極進(jìn)行處理后，電池的光電流密度、光電轉(zhuǎn)換效率及單色光電轉(zhuǎn)換效率等光電性能均有顯著提高。實(shí)施例2 為了檢測(cè)TiCl3處理二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極時(shí)間對(duì)光電性能的影響，除TiCl3處理二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極時(shí)間不同外，其它反應(yīng)條件如制備二氧化鈦陽(yáng)極的水熱反應(yīng)溫度)、水熱反應(yīng)時(shí)間( )、煅燒溫度)、煅燒時(shí)間(1小時(shí))、三氯化鈦溶液的濃度(0. 111101/1)、11(13溶液處理二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極溫度(70°C )、二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極經(jīng)TiCl3溶液處理后煅燒溫度)以及煅燒時(shí)間(30分鐘)等均與實(shí)施例1完全相同。結(jié)果表明，當(dāng)TiCl3處理二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極時(shí)間為10 100分鐘時(shí)較好。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)最佳 TiCl3處理二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極時(shí)間為20 50分鐘。實(shí)施例3 為了檢測(cè)TiCl3處理二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極溫度對(duì)光電性能的影響，除TiCl3處理二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極溫度不同外，其它反應(yīng)條件如制備二氧化鈦陽(yáng)極的水熱反應(yīng)水熱溫度)、水熱反應(yīng)時(shí)間( )、煅燒溫度)、煅燒時(shí)間(1小時(shí))、三氯化鈦溶液的濃度(0. lmol/L)、TiCl3溶液處理二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極時(shí)間(30分鐘)、二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極經(jīng)TiCl3溶液處理后煅燒溫度)及煅燒時(shí)間(30分鐘)等均與實(shí)施例1完全相同。結(jié)果表明，當(dāng)TiCl3 溶液處理二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極溫度為40 100°C時(shí)較好。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)最佳TiCl3處理二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極溫度為60 85°C。表ITiCl3處理和未處理二氧化鈦陽(yáng)極薄膜物理性質(zhì)比較
樣品比表面積孔體積平均孔徑孔隙率im2/g)icm3/g)Cnm) %)TiCl3未處理123.90.317.754.8TiCl3處理后93.90.237.147.3表2TiCl3處理前后TW2薄膜染料敏化太陽(yáng)能電池的電流-電壓特性比較
權(quán)利要求
1.一種提高二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池性能的陽(yáng)極處理方法，其特征在于所述的陽(yáng)極是以硫酸鈦和尿素水熱合成的TiO2，研磨成細(xì)粉后，與蒸餾水和聚乙二醇-20000配成漿料涂于清洗后的FTO玻璃表面，干燥，煅燒后得到的二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極；其陽(yáng)極處理方法，采用三氯化鈦?zhàn)鳛樘幚碓噭┻M(jìn)行處理，將上述所得的二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極置于預(yù)熱并冷卻后的TiCl3稀溶液中，TiCl3濃度為0. 01 0. 9mol/L，保溫10-100分鐘后取出干燥，煅燒冷卻后即得到光電性能提高的二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極。
2.如權(quán)利要求1所述的一種提高二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池性能的陽(yáng)極處理方法，其特征在于二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極的制備是，將硫酸鈦溶于蒸餾水中， 再加入尿素，尿素與硫酸鈦的摩爾比為2，攪拌至溶液澄清后，將混合溶液轉(zhuǎn)入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的不銹鋼反應(yīng)釜中，密封后在恒溫干燥箱中200°C加熱保溫6小時(shí)；待反應(yīng)釜冷卻到室溫后，將所得的沉淀用蒸餾水和乙醇分別洗滌3次以上，然后在干燥箱中于70°C下干燥， 研磨后得二氧化鈦粉末；將所得二氧化鈦粉末和蒸餾水、聚乙二醇-20000按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為 1:4: 0.2研磨混合均勻后，用刮刀法將漿料涂于清洗后的FTO玻璃表面制成二氧化鈦膜；將二氧化鈦膜在空氣中自然干燥后放入馬弗爐中450°C煅燒60分鐘，得到二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極。
3.如權(quán)利要求1所述的一種提高二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池性能的陽(yáng)極處理方法，其特征在于方法步驟依次為第1、將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15% 20%的三氯化鈦水溶液直接用蒸餾水稀釋為0.01 0. 9mol/L的稀溶液，攪拌均勻后，密封并放至恒溫干燥箱內(nèi)于40 100°C預(yù)熱10 100分鐘后，取出冷卻；第2、將所要處理的二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極放置于表面皿內(nèi)，倒入第1 步中冷卻后的三氯化鈦稀溶液，將表面皿密封后放入恒溫干燥箱內(nèi)于40 100°C保溫10 100分鐘；第3、將經(jīng)過(guò)第2步處理后的二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極取出，用去離子水和乙醇分別沖洗2次以上，然后在空氣中自然晾干，將晾干后的二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極在馬弗爐中于200 800°C，煅燒5 150分鐘，冷卻后即得到光電性能提高的二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極。
4.如權(quán)利要求1或3所述的一種提高二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池性能的陽(yáng)極處理方法，其特征在于所述的TiCl3稀溶液濃度為0. 05 0. 3mol/L。
5.如權(quán)利要求3所述的一種提高二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池性能的陽(yáng)極處理方法，其特征在于步驟2中三氯化鈦稀溶液處理二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極的反應(yīng)溫度為60 85°C，保溫時(shí)間為20 50分鐘。
6.如權(quán)利要求3所述的一種提高二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池性能的陽(yáng)極處理方法，其特征在于步驟3中在馬弗爐中煅燒溫度為300 500°C，煅燒時(shí)間20 85分鐘。
7.如權(quán)利要求3所述的一種提高二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池性能的陽(yáng)極處理方法，其特征在于步驟3中在馬弗爐中煅燒溫度為450°C，煅燒時(shí)間30分鐘。
全文摘要
一種提高二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池性能的陽(yáng)極處理方法。該方法是將15wt％～20wt％的三氯化鈦溶液用蒸餾水稀釋?zhuān)瑪嚢杈鶆蚝?，密封并放至恒溫干燥箱?nèi)預(yù)熱處理，取出冷卻，然后將待處理的二氧化鈦陽(yáng)極放置于表面皿內(nèi)，倒入預(yù)熱處理冷卻后的三氯化鈦稀溶液，保溫一段時(shí)間后取出干燥，煅燒，冷卻后即得到光電性能有顯著提高的染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極。該方法簡(jiǎn)單易操作，危險(xiǎn)性低，應(yīng)用性廣，成本低廉，效果顯著。采用本方法可使得染料敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率提高5％～25％，短路電流提高5％～30％。本發(fā)明的TiCl3陽(yáng)極處理方法除可適用于由硫酸鈦合成的二氧化鈦基染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極外，還可以適用于由鈦酸丁酯，三氯化鈦等合成的二氧化鈦基電池陽(yáng)極。
文檔編號(hào)H01G9/04GK102254701SQ20111012723
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者余家國(guó), 倪東霞, 程蓓 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)