專利名稱：染料敏化電池用二氧化鈦-氧化鋅核殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽電池制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種染料敏化電池用二氧化鈦-氧化鋅核殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，不可再生能源如石油、煤炭等日益枯竭，人類的生存和發(fā)展正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。尋找清潔、可再生能源已成為全球性問題。據(jù)估算，地球每年從太陽輻照獲得的能量約為人類全年能源消耗量的10萬倍，因此，太陽能的開發(fā)利用是新能源領(lǐng)域的重大課題?；诎雽?dǎo)體硅pn結(jié)原理的太陽電池是目前技術(shù)最為成熟的光電轉(zhuǎn)換器件，近年來，硅太陽電池規(guī)?；瘧?yīng)用的步伐正逐步加快。然而，高成本依然是光伏發(fā)電一個(gè)無法回避的現(xiàn)實(shí)。為此，全球范圍內(nèi)開發(fā)新型光伏器件的努力始終沒有停止。上世紀(jì)末，隨著納米技術(shù)的興起，一類新型的太陽電池即染料敏化太陽電池 (DSSC)應(yīng)運(yùn)而生。1991年，Gi^tzel首次報(bào)道了以釕配合物染料為敏化劑的半導(dǎo)體納米晶薄膜太陽電池，其光電轉(zhuǎn)換效率高于7%，引起科學(xué)界廣泛關(guān)注，被視為第三代太陽電池。經(jīng)研究努力，小尺寸DSSC的最高轉(zhuǎn)換效率已達(dá)11%，與非晶硅薄膜電池的水平相當(dāng)，而成本不到硅電池的1/5。憑借明顯的成本優(yōu)勢(shì)和簡便的制作工藝，DSSC或?qū)⒃谖磥砉夥a(chǎn)業(yè)發(fā)展中成為硅電池的有力競爭者，應(yīng)用潛力巨大。DSSC由納米結(jié)構(gòu)薄膜光陽極、FTO導(dǎo)電玻璃基體、敏化染料、電解質(zhì)及鍍鉬對(duì)電極組成。其工作原理如下敏化染料吸收光能，電子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)；FTO上的陽極膜作為電子受體接受激發(fā)態(tài)電子，同時(shí)，染料分子失去電子而呈氧化態(tài)；Γ/Ι3_電解質(zhì)中的Γ作為電子供體向氧化態(tài)染料分子提供電子而將其還原再生，If擴(kuò)散到對(duì)電極得到電子被還原，從而完成光電化學(xué)反應(yīng)循環(huán)。其中，光陽極膜是DSSC的核心部分和重點(diǎn)研究對(duì)象，其作用是對(duì)染料分子激發(fā)的電子進(jìn)行接收和傳輸。常規(guī)的光陽極膜通常以二氧化鈦(TiO2)納米晶為原料。近20年， 大量研究者對(duì)納米晶光陽極膜進(jìn)行了持續(xù)深入的研究，逐漸形成了相對(duì)成熟的實(shí)驗(yàn)制備工藝。但這種光陽極膜也存在著一些固有缺陷，原因是納米晶粒間有著大量的晶界，比表面積巨大，表面懸掛鍵起著俘獲光生電子的陷阱作用，它們會(huì)使電子的壽命和擴(kuò)散距離減小，復(fù)合幾率增加，制約著電池效率的提高。因此，對(duì)納米晶光陽極膜進(jìn)行物理化學(xué)修飾來鈍化這種表面效應(yīng)是提高DSSC性能的重要途徑，主要包括摻雜、TiCl4處理、表面包覆等方法。上述三種手段中，前兩者相對(duì)容易。不過，摻雜對(duì)電池效率的提高比較有限。TiCl4 處理的效果雖受到肯定，但技術(shù)趨于成熟。而包覆法在機(jī)理和技術(shù)上都較復(fù)雜，但對(duì)性能的提高更具潛力，且包覆物的選擇具有多樣性，因而吸引了更多的研究。由于納米晶薄膜表面態(tài)密度高，導(dǎo)致T^2導(dǎo)帶電子與氧化態(tài)染料或電解質(zhì)中電子受體的復(fù)合嚴(yán)重。而電荷復(fù)合正是制約DSSC效率提高的主要因素。為此，一些研究嘗試在納米晶表面包覆具有較高導(dǎo)帶位置的金屬氧化物薄層形成核-殼(Core-Shell)結(jié)構(gòu)來減小復(fù)合。即以TW2為核，以其它氧化物(ai0、Nb205、Al203、Mg0等)為殼的結(jié)構(gòu)。研究認(rèn)為，包覆處理后會(huì)在殼層形成能量勢(shì)壘抑制TiO2導(dǎo)帶電子與染料及電解質(zhì)的復(fù)合，或是在核殼界面處形成偶極層來提高電子的注入效率。上述包覆物中，ZnO是效果較好的一種。原因除了形成勢(shì)壘外，還因?yàn)閆nO與 TiO2的禁帶寬度(A)相近，且SiO的導(dǎo)帶底(4》略高于TiO2,這樣的能帶結(jié)構(gòu)有利于提高兩者間的電荷分離效率，從而使電子能更快速地注入TiO2并傳輸至基體上，也有助于電池效率提高。如C. H. Huang等用水熱法對(duì)TW2納米晶做ZnO包覆處理，X. Z. Zhao等用磁控濺射進(jìn)行相同包覆，DSSC的效率均得到明顯提高。與此同時(shí)，新型納米結(jié)構(gòu)也是DSSC光陽極膜研究的重要方向。如果以納米線、納米棒、納米管等一維納米結(jié)構(gòu)代替納米晶，由于它們的晶界較少，可有效減少其中的表面態(tài)對(duì)光生電子的俘獲，抑制電荷復(fù)合與此同時(shí)，新型納米結(jié)構(gòu)也是DSSC光陽極膜研究的重要方向。如果以納米線、納米棒、納米管等一維納米結(jié)構(gòu)代替納米晶，由于它們的晶界較少， 可有效減少其中的表面態(tài)陷阱對(duì)光生電子的俘獲，抑制電荷復(fù)合，加快電子的收集、傳輸速率，進(jìn)而提高電池的性能。除一維納米結(jié)構(gòu)外，由靜電紡絲制得的(準(zhǔn)一維)TiO2納米纖維膜近年來也開始用于DSSC光陽極。理論上，這種光陽極膜將取得與上述一維納米結(jié)構(gòu)薄膜相類似的效果。相關(guān)工作主要集中在新加坡的S. Ramakrishna，韓國的D. Y. Kim和日本的S. Shiratori等幾個(gè)小組。通常是將TW2前軀體溶液紡得的復(fù)合納米纖維膜直接沉積在FTO基體上，經(jīng)燒結(jié)形成光陽極。值得一提的是，靜電紡絲技術(shù)中還有一項(xiàng)特殊的同軸電紡工藝，即利用同軸的噴絲孔制備出內(nèi)外成分不同的核-殼(或稱皮-芯)結(jié)構(gòu)納米纖維。目前，這一工藝更多的是用于高聚物同軸納米纖維的制備。將它用于無機(jī)物同軸纖維制備時(shí)，需同時(shí)考慮紡絲和燒結(jié)兩個(gè)過程，工藝遠(yuǎn)比前者復(fù)雜，因而研究較少，僅有未數(shù)不多的報(bào)道，典型的如D. R. Chen等電紡制備的LiCo02/Mg0同軸納米纖維，即用MgO實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池正極材料LiCoA的包覆改性。以及他們制備的Ti02/Si02的同軸納米纖維用于光催化研究。據(jù)此推測(cè)，借助同軸電紡和燒結(jié)，預(yù)計(jì)也能形成以TW2為核心，以ZnO為殼層的納米纖維，實(shí)現(xiàn)表面包覆的效果，但目前沒有任何這方面的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種染料敏化電池用二氧化鈦-氧化鋅核殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜的制備方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案
1)配制PVAc(聚乙酸乙烯酯)質(zhì)量百分含量為15wt.%的DMF (N，N-二甲基甲酰胺)溶液，將體積為DMF溶液25%的表面活性劑Triton X-100 (曲拉通)，質(zhì)量2倍于PVAc的TiP (鈦酸異丙酯)，以及和PVAc質(zhì)量相同的C4H6O4Zn ·2Η20 (二水合醋酸鋅)加入到DMF溶液中， 經(jīng)磁力攪拌他獲得Ti02/Zn0的復(fù)合前驅(qū)體旋涂液；并用旋涂儀將其旋涂在FTO導(dǎo)電玻璃上形成一層的旋涂層，旋涂儀轉(zhuǎn)速為2000r · mirT1，旋涂時(shí)間為30s ；
2)配制PVAc質(zhì)量百分含量為11.5wt. %的DMF溶液，將體積為DMF溶液15%的表面活性劑iTriton X-100,以及和PVAc質(zhì)量相同的C4H6O4Zn · 2H20加入到DMF溶液中，經(jīng)磁力攪拌他獲得ZnO前驅(qū)體紡絲液；配制PVAc質(zhì)量百分含量為11. 5wt. %的DMF溶液，將體積為 DMF溶液15%的表面活性劑Triton X-100，體積為DMF溶液10%的HAc (冰醋酸)，以及質(zhì)量2倍于PVAc的TiP加入到DMF溶液中，經(jīng)磁力攪拌他獲得TW2前驅(qū)體紡絲液；將aiO、Ti& 兩種前驅(qū)體紡絲液分別裝入到兩個(gè)注射器中，在同軸噴絲頭和接收裝置間加高電壓，帶電液滴在電場的作用下克服自身的表面張力形成噴射細(xì)流，由兩個(gè)微量注射泵分別控制兩種前驅(qū)體紡絲液的擠出速率；隨著溶劑揮發(fā)，噴射細(xì)流固化形成核殼結(jié)構(gòu)的纖維，以無序狀態(tài)直接收集在經(jīng)旋涂處理的FTO導(dǎo)電玻璃上形成復(fù)合纖維膜，F(xiàn)TO玻璃由接收裝置固定；
3)紡絲30min后(對(duì)應(yīng)燒結(jié)后的薄膜厚度約為10 μ m,即光陽極膜的有效厚度)，將收集到的復(fù)合纖維膜干燥后放入馬弗爐燒結(jié)，以1。C · HiirT1的速率升溫至480。C后保溫lh，得到核-殼結(jié)構(gòu)的Ti02/Zn0納米纖維膜。用Ti02/Zn0核殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜和TiA納米纖維膜、N719敏化染料、Γ/If標(biāo)準(zhǔn)電解質(zhì)及鍍Pt對(duì)電極組裝電池，進(jìn)行相關(guān)表征和測(cè)試，并比較兩類電池間的性能差異， 測(cè)試主要包括/-K特性曲線和光電流作用譜。/-ζ曲線測(cè)試系統(tǒng)由模擬太陽光源的氙燈、 數(shù)字源表等組成。通過/-Z曲線，可得到電池的開路電壓(I)、短路電流(/%)、填充因子 (伊)和轉(zhuǎn)換效率(/7)四個(gè)參數(shù)，其中，轉(zhuǎn)換效率η是評(píng)價(jià)太陽電池性能的最基本參數(shù)， 定義為電池最大輸出功率與輸入功率之比，可通過如下公式計(jì)算7 = Pj Pin =、FFXISCXVJ/Pin。光電流作用譜是IPCE與入射光波長之間的關(guān)系曲線，通過QE/ IPCE測(cè)量系統(tǒng)測(cè)定。所謂的IPCE即入射單色光子-電子轉(zhuǎn)化效率，定義為單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光生電子數(shù)Afe與入射單色光子數(shù)餘之比，反映的是電池在不同波長處的光電轉(zhuǎn)化情況，也是影響短路電流4的最關(guān)鍵因素。IPCE可以表示為三個(gè)因子的乘積，即IPCEp)= LHE(A) X (PinjX Φc,躺LHE(A)表示光的捕獲效率，表示電子的注入效率，Oc則為電子的收集效率。本發(fā)明具有的有益效果是
背景技術(shù)：
部分前已述及，對(duì)光陽極膜進(jìn)行表面包覆等物理化學(xué)修飾，以及開發(fā)新型的納米結(jié)構(gòu)陽極膜，都是實(shí)現(xiàn)DSSC性能提高的重要途徑。本發(fā)明采用獨(dú)特的同軸電紡技術(shù)制備出用于DSSC光陽極的Ti02/Zn0核殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜。這種工藝可同時(shí)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)形成以及抑制電荷復(fù)合的殼層包覆處理兩種過程。準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)的晶界較少，較少了導(dǎo)帶電子與氧化態(tài)敏化染料及電解質(zhì)電子受體I3-間的復(fù)合，即增加了電子的收集效率 Φε，提高了 IPCE以及短路電流/%。電池的開路電壓^取決于TiO2準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)與電解質(zhì)氧化還原對(duì)電勢(shì)之差，ZnO殼層的引入，抬高了 TW2納米纖維膜的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)，意味著電池的匕提高了。相應(yīng)地，電池總的轉(zhuǎn)換效率η也得到提高?？梢姡叩膮f(xié)同作用能更好地提高了電池的性能。


圖1是靜電紡絲過程的示意圖。圖中1、TiO2前驅(qū)體紡絲液，2、ZnO前驅(qū)體紡絲液，3、注射器，4、注射器，5、同軸噴絲頭，6、接收裝置，7、高壓電源，8、微量注射泵，9、微量注射泵，10、導(dǎo)電玻璃，11、復(fù)合纖維膜。圖2為實(shí)施例1制得的Ti02/Zn0核-殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜的SEM (掃描電鏡)照片。圖3為施例1制得的Ti02/Zn0核殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜的XPS能譜圖及TEM (透射電鏡)照片。圖4為施例1制得的Ti02/Zn0核殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜與TW2納米纖維膜組裝的DSSC的IPCE光電流作用譜對(duì)比。圖5為施例1制得的Ti02/Zn0核殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜與TW2納米纖維膜組裝的DSSC 的/-K特性曲線對(duì)比。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1
將0. 68g高聚物PVAc加入到細(xì)1 DMF有機(jī)溶劑中形成質(zhì)量百分含量為15wt. %的溶液，在該溶液中加入Iml Triton X-100,1. 36g TiP，以及0. 68g C4H6O4Zn ·2Η20，經(jīng)磁力攪拌 8h獲得澄清、粘稠的Ti02/Zn0的復(fù)合前驅(qū)體旋涂液；并用旋涂儀將其旋涂在經(jīng)丙酮和無水乙醇超聲清洗的FTO導(dǎo)電玻璃上形成一層的旋涂層，旋涂儀轉(zhuǎn)速為2000r · mirT1，所用旋涂時(shí)間為30s。將0. 52g PVAc加入到DMF中形成質(zhì)量百分含量為11. 5wt. %的溶液，同樣的溶液配制兩份，即溶液I和溶液II ；在溶液I中加入0. 6ml Triton X-100和0. 52g C4H6O4Zn · 2H20,磁力攪拌8h獲得ZnO的前驅(qū)體紡絲液1。在溶液II中加入0. 6ml Triton X-100,0. 4ml HAc,以及1. 04g TiP，磁力攪拌8h獲得11 的前驅(qū)體紡絲液2。將SiO前驅(qū)體紡絲液1和TiA前驅(qū)體紡絲液2分別裝入到兩個(gè)注射器3和4中，在同軸噴絲頭5和接收裝置6間加16KV的高電壓，噴絲頭到接收板的距離是12cm，帶電液滴在電場的作用下克服自身的表面張力形成噴射細(xì)流。由兩臺(tái)微量注射泵8和9分別控制注射器3和4的擠出速率，即殼層的擠出速率為0. 7ml/h,核層的擠出速率為0. 4ml/h ；隨著溶劑揮發(fā)，噴射細(xì)流固化形成核殼結(jié)構(gòu)的纖維，以無序狀態(tài)直接收集在經(jīng)旋涂處理的FTO導(dǎo)電玻璃10上形成復(fù)合纖維膜11，如圖1所示；紡絲30min后，將收集到的復(fù)合纖維膜11干燥后放入馬弗爐燒結(jié)，以1。C .mirT1的速率升溫至480。C后保溫lh，得到Ti02/Zn0核殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜。圖 2為該實(shí)施例制得的Ti02/Zn0核殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜的掃描電鏡照片。用Ti02/Zn0核殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜和TW2納米纖維膜、N719敏化染料、Γ/廠標(biāo)準(zhǔn)電解質(zhì)及鍍Pt對(duì)電極組裝電池，進(jìn)行相關(guān)表征和測(cè)試，并比較兩類電池間的性能差異。圖 3為所得納米纖維膜的XPS能譜圖及透射電鏡照片，證實(shí)了 Ti02/Zn0核-殼結(jié)構(gòu)的形成；圖 4為組裝的兩類DSSC的光電流作用譜的對(duì)比，基于Ti02/Zn0陽極膜的DSSC的IPCE高于純 TiO2膜的DSSC;圖5為組裝的兩類DSSC的/-K特性曲線對(duì)比。純TiO2膜DSSC的^ = 0.7 Y, Isc = 10. 6mA ‘ cm2, FF = 60. 2%, /7=4. 5% ；而 SiO 殼層包覆后 Voc = 0. 75V, Jsc = 11. 4 mA'cm-2,FF = 62.2%，η = 5.3%。其中，最關(guān)鍵的光電轉(zhuǎn)換效率從4. 5%提高到5. 3%，提高了 18%。實(shí)施例2
將0. 68g高聚物PVAc加入到細(xì)1 DMF有機(jī)溶劑中形成質(zhì)量百分含量為15wt. %的溶液，在該溶液中加入Iml Triton X-100,1. 36g TiP，以及0. 68g C4H6O4Zn ·2Η20，經(jīng)磁力攪拌 8h獲得澄清、粘稠的Ti02/Zn0的復(fù)合前驅(qū)體旋涂液；并用旋涂儀將其旋涂在經(jīng)丙酮和無水乙醇超聲清洗的FTO導(dǎo)電玻璃上形成一層的旋涂層，旋涂儀轉(zhuǎn)速為2000r · mirT1，所用旋涂時(shí)間為30s。將0. 52g PVAc加入到DMF中形成質(zhì)量百分含量為11. 5wt. %的溶液，同樣的溶液配制兩份，即溶液I和溶液II ；在溶液I中加入0. 6ml Triton X-IOO和0. 52g C4H6O4Zn · 2H20,磁力攪拌8h獲得ZnO的前驅(qū)體紡絲液1。在溶液II中加入0. 6ml Triton X-100,0. 4ml HAc,以及1. 04g TiP，磁力攪拌8h獲得11 的前驅(qū)體紡絲液2。將SiO前驅(qū)體紡絲液1和TiA前驅(qū)體紡絲液2分別裝入到兩個(gè)注射器3和4中，在同軸噴絲頭5和接收裝置6間加16KV的高電壓，噴絲頭到接收板的距離是12cm，帶電液滴在電場的作用下克服自身的表面張力形成噴射細(xì)流。由兩臺(tái)微量注射泵8和9分別控制注射器3和4的擠出速率，即殼層的擠出速率為0. 6ml/h,核層的擠出速率為0. 5ml/h ；隨著溶劑揮發(fā)，噴射細(xì)流固化形成核殼結(jié)構(gòu)的纖維，以無序狀態(tài)直接收集在經(jīng)旋涂處理的FTO導(dǎo)電玻璃10上形成復(fù)合纖維膜11，如圖1所示；紡絲30min后，將收集到的復(fù)合纖維膜11干燥后放入馬弗爐燒結(jié)，以1。C .HiirT1的速率升溫至480。C后保溫lh，得到Ti02/Zn0核殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜。圖 2為該實(shí)施例制得的核殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜的掃描電鏡照片。用Ti02/Zn0核殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜和TW2納米纖維膜、N719敏化染料、Γ/廠標(biāo)準(zhǔn)電解質(zhì)及鍍Pt對(duì)電極組裝電池，進(jìn)行相關(guān)表征和測(cè)試，并比較兩類電池間的性能差異。表征與性能測(cè)試的過程及結(jié)果與實(shí)施例1中的相似，相關(guān)數(shù)據(jù)和圖片未列出。其中，最關(guān)鍵的光電轉(zhuǎn)換效率從4. 5%提高到5. 7%，提高了 27%。實(shí)施例3
將0. 68g高聚物PVAc加入到細(xì)1 DMF有機(jī)溶劑中形成質(zhì)量百分含量為15wt. %的溶液，在該溶液中加入Iml Triton X-100,1. 36g TiP，以及0. 68g C4H6O4Zn ·2Η20，經(jīng)磁力攪拌 8h獲得澄清、粘稠的Ti02/Zn0的復(fù)合前驅(qū)體旋涂液；并用旋涂儀將其旋涂在經(jīng)丙酮和無水乙醇超聲清洗的FTO導(dǎo)電玻璃上形成一層的旋涂層，旋涂儀轉(zhuǎn)速為2000r ^mirT1,所用旋涂時(shí)間為30s。將0. 52g PVAc加入到DMF中形成質(zhì)量百分含量為11. 5wt. %的溶液，同樣的溶液配制兩份，即溶液I和溶液II ；在溶液I中加入0. 6 ml Triton X-100和0. 52g C4H6O4Zn · 2H20,磁力攪拌8h獲得ZnO的前驅(qū)體紡絲液1。在溶液II中加入0. 6ml Triton X-100,0. 4ml HAc,以及1. 04g TiP，磁力攪拌8h獲得11 的前驅(qū)體紡絲液2。將SiO前驅(qū)體紡絲液1和TiA前驅(qū)體紡絲液2分別裝入到兩個(gè)注射器3和4中，在同軸噴絲頭5和接收裝置6間加16KV的高電壓，噴絲頭到接收板的距離是12cm，帶電液滴在電場的作用下克服自身的表面張力形成噴射細(xì)流。由兩臺(tái)微量注射泵8和9分別控制注射器3和4的擠出速率，即殼層的擠出速率為0. 5ml/h,核層的擠出速率為0. 6ml/h ；隨著溶劑揮發(fā)，噴射細(xì)流固化形成核殼結(jié)構(gòu)的纖維，以無序狀態(tài)直接收集在經(jīng)旋涂處理的FTO導(dǎo)電玻璃10上形成復(fù)合纖維膜11，如圖1所示；紡絲30min后，將收集到的復(fù)合纖維膜11干燥后放入馬弗爐燒結(jié)，以1。C .HiirT1的速率升溫至480。C后保溫lh，得到Ti02/Zn0核殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜。圖 2為該實(shí)施例制得的核殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜的掃描電鏡照片。用Ti02/Zn0核殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜和TW2納米纖維膜、N719敏化染料、Γ/廠標(biāo)準(zhǔn)電解質(zhì)及鍍Pt對(duì)電極組裝電池，進(jìn)行相關(guān)表征和測(cè)試，并比較兩類電池間的性能差異。表征與性能測(cè)試的過程及結(jié)果與實(shí)施例1中的相似，相關(guān)數(shù)據(jù)和圖片未列出。其中，最關(guān)鍵的光電轉(zhuǎn)換效率從4. 5%提高到5. 5%，提高了 22%。
權(quán)利要求
1.一種染料敏化電池用二氧化鈦-氧化鋅核殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜的制備方法，其特征在于該方法的步驟如下1)配制PVAc質(zhì)量百分含量為15wt.%的DMF溶液，將體積為DMF溶液25%的表面活性劑Triton X-100，質(zhì)量2倍于PVAc的TiP,以及和PVAc質(zhì)量相同的C4H6O4Zn · 2H20加入到 DMF溶液中；經(jīng)磁力攪拌他獲得Ti02/Zn0復(fù)合前驅(qū)體旋涂液，并用旋涂儀將其旋涂在FTO 導(dǎo)電玻璃上形成一層的旋涂層；2)配制PVAc質(zhì)量百分含量為11.5wt. %的DMF溶液，將體積為DMF溶液15%的表面活性劑iTriton X-100,以及和PVAc質(zhì)量相同的C4H6O4Zn · 2H20加入到DMF溶液中，經(jīng)磁力攪拌他獲得ZnO前驅(qū)體紡絲液(1);配制PVAc質(zhì)量百分含量為11. 5wt. %的DMF溶液，將體積為DMF溶液15%的表面活性劑Triton X-100，體積為DMF溶液10%的HAc，以及質(zhì)量2倍于 PVAc的TiP加入到DMF溶液中，經(jīng)磁力攪拌他獲得TW2前驅(qū)體紡絲液(2)；將前驅(qū)體紡絲液(1)和(2)分別裝入到注射器(3)和(4)中，在同軸噴絲頭(5)和接收裝置(6)間加高電壓(7)，帶電液滴在電場的作用下克服自身的表面張力形成噴射細(xì)流，由微量注射泵(8)和(9)分別控制(3)和(4)的擠出速率；隨著溶劑揮發(fā)，噴射細(xì)流固化形成核-殼結(jié)構(gòu)的纖維， 以無序狀態(tài)直接收集在經(jīng)旋涂處理的FTO導(dǎo)電玻璃(10)上形成復(fù)合纖維膜(11)，F(xiàn)T0玻璃(10)由接收裝置(6)固定；3)紡絲30min后，將收集到的纖維膜(11)干燥后放入馬弗爐燒結(jié)，以1。C^irT1的速率升溫至48(T C后保溫lh，得到核殼結(jié)構(gòu)的Ti02/Zn0納米纖維膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種染料敏化電池用二氧化鈦-氧化鋅核殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜的制備方法，其特征在于所述步驟1)中采用的旋涂儀轉(zhuǎn)速為2000r ^irT1,旋涂時(shí)間為 30s。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種染料敏化電池用二氧化鈦-氧化鋅核殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜的制備方法，其特征在于所述步驟2)中微量注射泵(8)即殼層的擠出速率為0. 5^0. 7ml/ h，微量注射泵(9)即核層的擠出速率為0. 4^0. 6ml/h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種染料敏化電池用二氧化鈦-氧化鋅核殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜的制備方法，其特征在于Ti02/Zn0核殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜組裝的DSSC與TW2納米纖維膜組裝的DSSC相比，光電轉(zhuǎn)換效率η提高了 189Γ27%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種染料敏化電池用二氧化鈦-氧化鋅核殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜的制備方法。光陽極膜是染料敏化太陽電池的核心部分，對(duì)光陽極膜進(jìn)行表面包覆等物理化學(xué)修飾，以及開發(fā)新型的納米結(jié)構(gòu)光陽極膜，都是提高染料敏化太陽電池性能的重要途徑。本發(fā)明采用獨(dú)特的同軸靜電紡絲技術(shù)制備出用于染料敏化太陽電池光陽極的TiO2/ZnO核殼結(jié)構(gòu)納米纖維膜。這種工藝可同時(shí)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)形成以及抑制電荷復(fù)合的殼層包覆處理兩種過程。準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)的晶界較少，較少了電子復(fù)合，提高了電池的短路電流Isc。殼層的引入則增加了電池的開路電壓Voc。相應(yīng)地，電池總的轉(zhuǎn)換效率η得到了18%~27%的提高。
文檔編號(hào)H01M14/00GK102496471SQ201110399850
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者宋立新, 席珍強(qiáng), 杜平凡, 熊杰 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)