專利名稱：一種二氧化鈦納米粒子和H₂Ti₃O₇納米管交替層膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電池材料學領(lǐng)域，具體涉及一種二氧化鈦納米粒子和H2Ti3O7納米管交替層膜及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
新型染料敏化太陽能電池(Dye Sensitized Solar Cell,以下簡稱DSC)由于其廉價的生產(chǎn)成本、易于工業(yè)化生產(chǎn)的工藝技術(shù)以及廣闊的應(yīng)用前景，自1991年取得突破性進展后，立即受到國際上廣泛的關(guān)注和重視。目前，染料敏化太陽能電池其光電轉(zhuǎn)換效率最高已達到10%以上，其轉(zhuǎn)換效率可與非晶硅太陽電池相媲美。但如何進一步提高DSC的光電轉(zhuǎn)換效率和電池實用化一直以來是科學家的研究重點。其中，人們采用光譜響應(yīng)范圍具有互補性質(zhì)的多種染料配合使用，相互彌補各自吸收光譜不夠?qū)挼娜秉c，取得了良好的效
果。本發(fā)明首次提供了一種制備二氧化鈦納米粒子和納米管所形成的交替層膜來組裝染料敏化太陽能電池的方法，并用N719和D131混合染料來共敏化其太陽能電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種二氧化鈦納米粒子和H2Ti3O7納米管交替層膜及其制備方法和應(yīng)用，其具有廉價的原材料和簡單的制作工藝，且性能相對穩(wěn)定、衰減少，具有很好的應(yīng)用前景，可大量生產(chǎn)，符合環(huán)境要求。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種二氧化鈦納米粒子和H2Ti3O7納米管交替層膜的制備方法的具體步驟如下將粒徑為30-35nm的二氧化鈦納米粒子和H2Ti3O7納米管分別在2%_30%質(zhì)量濃度的乙酰纖維素的乙醇溶液中充分攪拌制得漿料，用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將其依次印刷在同一塊導電玻璃上并于500-550°C焙燒l_4h得到涂覆有二氧化鈦納米粒子和H2Ti3O7納米管交替層膜的電極材料。所述的二氧化鈦納米粒子和H2Ti3O7納米管交替層膜的厚度為2-30 μ m。所述的二氧化鈦納米粒子和H2Ti3O7納米管交替層膜用于染料敏化太陽能電池。太陽能電池組裝將涂覆有二氧化鈦納米粒子和H2Ti3O7納米管交替層膜的電極材料浸入O. 01-1M TiCl4溶液中在20-90°C下浸泡10_120min并于450_550°C焙燒O. 5_2h，得到待敏化的電極材料，將待敏化的電極材料浸入含有濃度均為O. I-ImM的N719和D131混合染料的乙腈溶液中浸泡6-48h，后與Pt對電極和注入的液態(tài)電解質(zhì)溶液組裝在一起，形成三明治結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池。本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于
(I)用本發(fā)明的二氧化鈦納米粒子和H2Ti3O7納米管交替層膜的制備方法制得的太陽能電池具有很好的光電性能，從圖2可以發(fā)現(xiàn)在100mW/cm2的光強、AM I. 5條件下，在FTO導電基片上光電轉(zhuǎn)換效率為8. 44%，短路電流為16. 48 mA · cm_2，開路電壓為O. 72V，填充因子為O. 71。從圖3可以發(fā)現(xiàn)IPCE在460nm處達到最大值為O. 78。(2)本發(fā)明首次提供了絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備二氧化鈦納米粒子和!1211307納米管交替層膜來組裝染料敏化太陽能電池的方法，該方法工藝簡單，成本低廉，能耗低，重現(xiàn)性好，可大量生產(chǎn)，符合環(huán)境要求。


圖I是二氧化鈦的納米粒子和H2Ti3O7納米管的XRD圖。圖2是二氧化鈦的納米粒子和H2Ti3O7納米管交替層膜所組裝成太陽能電池的電壓和電流圖。圖3是二氧化鈦的納米粒子和H2Ti3O7納米管交替層膜所組裝成太陽能電池的IPCE 圖。
具體實施例方式實施例I
I)將粒徑30nm左右的二氧化鈦的納米粒子和H2Ti3O7納米管分別在2%_30%質(zhì)量濃度的乙酰纖維素的乙醇溶液中充分攪拌制得漿料，用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將其依次印刷在同一塊導電玻璃上并于450°C焙燒4h得到電極材料；
2)將電極材料浸入O. OlM TiCl4溶液中在90°C下浸泡120min并于550°C焙燒O. 5h，得到待敏化的電極材料；
3)將待敏化的電極材料浸入含有濃度均為O.ImM的N719和D131混合染料的乙腈溶液中浸泡48h，得到敏化后的電極材料；
4)將敏化后的電極材料、Pt對電極和注入的液態(tài)電解質(zhì)溶液組裝在一起，形成三明治結(jié)構(gòu)的所述的染料敏化太陽能電池。實施例2
1)將粒徑30nm左右的二氧化鈦的納米粒子和H2Ti3O7納米管分別在2%_30%質(zhì)量濃度的乙酰纖維素的乙醇溶液中充分攪拌制得漿料，用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將其依次印刷在同一塊導電玻璃上并于525°C焙燒2h得到電極材料；
2)將電極材料浸入O.05M TiCl4溶液中在70°C下浸泡30min并于475°C焙燒O. 5h，得到待敏化的電極材料；
3)將待敏化的電極材料浸入含有濃度均為O.5mM的N719和D131混合染料的乙腈溶液中浸泡24h，得到敏化后的電極材料；
4)將敏化后的電極材料、Pt對電極和注入的液態(tài)電解質(zhì)溶液組裝在一起，形成三明治結(jié)構(gòu)的所述的染料敏化太陽能電池。實施例3
1)將粒徑30nm左右的二氧化鈦的納米粒子和H2Ti3O7納米管分別在2%_30%質(zhì)量濃度的乙酰纖維素的乙醇溶液中充分攪拌制得漿料，用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將其依次印刷在同一塊導電玻璃上并于550°C焙燒Ih得到電極材料；
2)將電極材料浸入IMTiCl4溶液中在20°C下浸泡IOmin并于475°C焙燒2h，得到待敏化的電極材料；
3)將待敏化的電極材料浸入含有濃度均為ImM的N719和D131混合染料的乙腈溶液中浸泡6h，得到敏化后的電極材料；4)將敏化后的電極材料、Pt對電極和注入的液態(tài)電解質(zhì)溶液組裝在一起，形成三明治結(jié)構(gòu)的所述的染料敏化太陽能電池。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種二氧化鈦納米粒子和H2Ti3O7納米管交替層膜的制備方法，其特征在于所述的制備方法具體步驟如下將粒徑為30-35nm的二氧化鈦納米粒子和H2Ti3O7納米管分別在2%-30%質(zhì)量濃度的乙酰纖維素的乙醇溶液中充分攪拌制得漿料，用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將其依次印刷在同一塊導電玻璃上并于500-550°C焙燒l_4h得到涂覆有二氧化鈦納米粒子和H2Ti3O7納米管交替層膜的電極材料。
2.一種如權(quán)利要求I所述的方法制得二氧化鈦納米粒子和H2Ti3O7納米管交替層膜，其特征在于所述的二氧化鈦納米粒子和H2Ti3O7納米管交替層膜的厚度為2-30 μ m。
3.—種如權(quán)利要求I所述的方法制得二氧化鈦納米粒子和H2Ti3O7納米管交替層膜的應(yīng)用，其特征在于所述的二氧化鈦納米粒子和H2Ti3O7納米管交替層膜用于染料敏化太陽能電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二氧化鈦納米粒子和H2Ti3O7納米管交替層膜的應(yīng)用，其特征在于太陽能電池組裝將涂覆有二氧化鈦納米粒子和H2Ti3O7納米管交替層膜的電極材料浸入O. 01-1M TiCl4溶液中在20-90°C下浸泡10_120min并于450_550°C焙燒O. 5_2h，得到待敏化的電極材料，將待敏化的電極材料浸入含有濃度均為O. I-ImM的N719和D131混合染料的乙腈溶液中浸泡6-48h，后與Pt對電極和注入的液態(tài)電解質(zhì)溶液組裝在一起，形成三明治結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二氧化鈦納米粒子和H2Ti3O7納米管交替層膜及其制備方法和應(yīng)用，將粒徑為30-35nm的二氧化鈦納米粒子和H2Ti3O7納米管分別在2%-30%質(zhì)量濃度的乙酰纖維素的乙醇溶液中充分攪拌制得漿料，用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將其依次印刷在同一塊導電玻璃上并于500-550℃焙燒1-4h得到涂覆有二氧化鈦納米粒子和H2Ti3O7納米管交替層膜的電極材料，后浸入0.01-1MTiCl4溶液中在20-90℃下浸泡10-120min并于450-550℃焙燒0.5-2h，得到待敏化的電極材料，將待敏化的電極材料浸入含有濃度均為0.1-1mM的N719和D131混合染料的乙腈溶液中浸泡6-48h，后與Pt對電極和注入的液態(tài)電解質(zhì)溶液組裝在一起，形成三明治結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池。本發(fā)明工藝簡單，成本低廉，能耗低，重現(xiàn)性好，可大量生產(chǎn)，符合環(huán)境要求。
文檔編號H01G9/042GK102945756SQ20121045400
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者魏明燈, 夏倫超 申請人:福州大學