專利名稱：摻雜的二氧化鈦及其制備方法、該材料制備的染料敏化太陽能電池光陽極、電池的制作方法
摻雜的二氧化鈦及其制備方法、該材料制備的染料敏化太陽能電池光陽極、電池技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于太陽能電池制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種摻雜的二氧化鈦及其制備方法、該材料制備的染料敏化太陽能電池光陽極、電池。
背景技術(shù)：
自上世紀(jì)90年代初，瑞士洛桑高等工業(yè)學(xué)院Greatzel教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組以納米多孔二氧化鈦應(yīng)用于染料敏化太陽能電池把電池光電轉(zhuǎn)換效率提高到6 7%以后，在世界上引起廣泛關(guān)注。由于染料敏化太陽能電池具有成本低、制造工藝簡單、環(huán)境友好型等潛在的應(yīng)用優(yōu)勢，因此，眾多商業(yè)公司和研究機(jī)構(gòu)投入大量的力量，并加大了大面積電池的應(yīng)用研究。
染料敏化太陽能電池由以下幾部分組成光陽極、光陰極、電解質(zhì)、染料等，其中由納米二氧化鈦薄膜為主體構(gòu)成的光陽極是染料敏化太陽能電池的骨架部分，不僅是染料的支撐和吸附載體，同時也是電子的傳輸載體。但是納米二氧化鈦薄膜的空隙率、孔徑、厚度、晶型等參數(shù)，直接影響染料敏化太陽能電池中染料的吸附量，光電子從染料激發(fā)態(tài)到導(dǎo)電玻璃的傳輸以及電解質(zhì)中氧化-還原電對的有效傳輸。目前，納米二氧化鈦薄膜的光電子的傳導(dǎo)效率普遍不高，成為影響染料敏化太陽能電池發(fā)展的一個重要因素。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種摻雜的二氧化鈦及其制備方法、該材料制備的染料敏化太陽能電池光陽極、電池。該摻雜的二氧化鈦中實(shí)現(xiàn)了碳納米管與晶態(tài)的二氧化鈦的有效連接，且摻雜的二氧化鈦顆粒分散性好， 無團(tuán)聚現(xiàn)象；在該摻雜的二氧化鈦中，只摻入了少量的碳納米管，就可以增強(qiáng)光生電子在由該摻雜的二氧化鈦制備的光陽極膜層中的傳輸。
解決本發(fā)明技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種摻雜的二氧化鈦，其結(jié)構(gòu)為碳納米管摻入晶態(tài)的二氧化鈦中，且所述碳納米管與所述晶態(tài)的二氧化鈦的摩爾比為(1:49) (1:19)。
優(yōu)選的是，所述碳納米管采用單壁碳納米管和/或多壁碳納米管。
選的是,所述單壁碳納米管的直徑為O. 8nnT4nm,長度為O. 5 μ πΓ5 μ m。
優(yōu)選的是,所述多壁碳納米管的直徑為5nnT80nm,長度為O. 2 μ πΓ30 μ m。
本發(fā)明還提供一種制備上述的摻雜的二氧化鈦的方法，包括以下步驟
(I)制備非晶態(tài)的二氧化鈦；
(2)將碳納米管與所述非晶態(tài)的二氧化鈦按照摩爾比(1:49) (1:19)混合，再通過水熱反應(yīng)制備摻雜的二氧化鈦，其中，水熱反應(yīng)的溫度為160°C 180°C,水熱反應(yīng)的時間為I小時 24小時。
優(yōu)選的是，所述步驟(I)中，所述非晶態(tài)的二氧化鈦的制備方法為分別配置鈦的化合物的水溶液、酸的水溶液；將所述酸的水溶液加入到所述鈦的化合物的水溶液中，得到非晶態(tài)的二氧化鈦。
優(yōu)選的是，所述鈦的化合物的水溶液的配置方法為將2 20質(zhì)量份的鈦的化合物與5(Γ700質(zhì)量份的水混合；和/或所述酸的水溶液的配置方法為將3 15質(zhì)量份的酸與 100^500質(zhì)量份的水混合。
優(yōu)選的是，所述鈦的化合物為硫酸鈦、鈦酸四丁酯、異丙醇鈦中的任意一種；和/ 或所述酸為聚丙烯酸、水楊酸、草酸中的任意一種。
本發(fā)明還提供一種染料敏化太陽能電池用光陽極，其由上述摻雜的二氧化鈦制備。
本發(fā)明還提供一種染料敏化太陽能電池用光陽極的制備方法，包括以下步驟將上述的摻雜的二氧化鈦、松油醇、乙基纖維素按照質(zhì)量比摻雜的二氧化鈦松油醇乙基纖維素=2:7:1混合配置二氧化鈦漿料，涂覆二氧化鈦膜層，燒結(jié)制備得到染料敏化太陽能電池用光陽極。
本發(fā)明還提供一種染料敏化太陽能電池，其含有上述的染料敏化太陽能電池用光陽極。
本發(fā)明的有益效果該摻雜的二氧化鈦中碳納米管摻入到晶態(tài)的二氧化鈦中，實(shí)現(xiàn)了碳納米管與晶態(tài)的二氧化鈦的有效連接，且摻雜的二氧化鈦顆粒分散性好，無團(tuán)聚現(xiàn)象；在該摻雜的二氧化鈦中，只摻入了少量的碳納米管，就可以增強(qiáng)光生電子在由該摻雜的二氧化鈦制備的光陽極膜層中的傳輸。該摻雜的二氧化鈦的制備方法簡單，通過水熱反應(yīng)過程中實(shí)現(xiàn)生成晶態(tài)的二氧化鈦以及同時碳納米管摻入到晶態(tài)的二氧化鈦中，不僅實(shí)現(xiàn)了均勻摻雜的目的，而且大大降低了水熱反應(yīng)的溫度。使用該制備方法得到的摻雜的二氧化鈦制作染料敏化太陽能電池，大大提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例I制備的摻雜的二氧化鈦?zhàn)龀傻墓怅枠O對應(yīng)的染料敏化太陽能電池的I-V檢測圖2是本發(fā)明實(shí)施例2制備的摻雜的二氧化鈦?zhàn)龀傻墓怅枠O對應(yīng)的染料敏化太陽能電池的I-V檢測圖3是本發(fā)明實(shí)施例I制備的摻雜的二氧化鈦的掃描電鏡圖。
具體實(shí)施方式
為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
在以下各實(shí)施例中，碳納米管的預(yù)處理過程可為將f2.5g碳納米管與 3(Tl00ml的稀硫酸溶液混合，超聲15 lOOmin，再在10(Tl50°C下回流16 24h，將碳納米管水洗至中性，干燥后得到處理好的碳納米管。由于碳納米管的預(yù)處理過程是本領(lǐng)域公知的， 故在實(shí)施例中不再對其詳細(xì)描述。
實(shí)施例I
本實(shí)施例提供一種摻雜的二氧化鈦的制備方法，包括以下步驟
(I)稱取20g的硫酸鈦,加入300g的水中至充分溶解完全,配制成硫酸鈦水溶液； 稱取6g的草酸，加入200g的水中至充分溶解均勻，配制成草酸水溶液；將草酸水溶液在磁力攪拌作用下緩慢滴加到硫酸鈦水溶液中，攪拌22小時至分散均勻，制備得到非晶態(tài)的二氧化鈦。
(2)將多壁碳納米管加入到上述混合溶液中，其中多壁碳納米管與非晶態(tài)的二氧化鈦的摩爾比為1:49，該多壁碳納米管的直徑約為65nm，長度約為0.2 μ m。再全部轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜內(nèi)，水熱反應(yīng)釜的填充度為60°/Γ80%，加熱到170°C，水熱反應(yīng)22h。將反應(yīng)產(chǎn)物用水和乙醇反復(fù)沖洗:Γ5次即得摻雜的二氧化鈦。經(jīng)過所述水熱反應(yīng)， 非晶態(tài)的二氧化鈦?zhàn)兂删B(tài)的二氧化鈦，該摻雜的二氧化鈦的結(jié)構(gòu)為多壁碳納米管摻入晶態(tài)的二氧化鈦中，且多壁碳納米管與晶態(tài)的二氧化鈦的摩爾比為1:49，多壁碳納米管的直徑約為65nm,長度約為O. 2 μ m。
該摻雜的二氧化鈦的制備方法簡單，通過水熱反應(yīng)過程中實(shí)現(xiàn)生成晶態(tài)的二氧化鈦以及同時碳納米管摻入到晶態(tài)的二氧化鈦中，不僅實(shí)現(xiàn)了均勻摻雜的目的，而且大大降低了水熱反應(yīng)的溫度。通過較低的水熱反應(yīng)溫度，就可使得非晶態(tài)的二氧化鈦轉(zhuǎn)變成晶態(tài)的二氧化鈦，而且該水熱反應(yīng)過程中實(shí)現(xiàn)了碳納米管與晶態(tài)的二氧化鈦的有效連接，以及碳納米管在晶態(tài)的二氧化鈦中的均勻分散，大大增強(qiáng)了光生電子在由該摻雜的二氧化鈦制備的光陽極膜層中的傳輸。
將上述的摻雜的二氧化鈦、松油醇、乙基纖維素按照質(zhì)量比摻雜的二氧化鈦松油醇乙基纖維素=2:7:1混合配置摻雜的二氧化鈦漿料，該光陽極漿料攪拌一小時后，將該漿料在導(dǎo)電玻璃上涂膜，將涂好膜的導(dǎo)電玻璃在馬弗爐中450°C煅燒30分鐘，冷卻到室溫，導(dǎo)電玻璃上的膜厚在8 15 μ m之間，得到染料敏化太陽能電池的光陽極。
將該光陽極浸泡于濃度為5 X 10_4mol/L的釕配合物N719染料[英文名:RuL2 (NCS) 2 · 2TBA (L=2，2，-bipyridyl-4,4，-dicarboxylic acid)]溶液中 24h,光陽極被染料充分敏化。然后將該光陽極與鉬對電極對接，滴入電解液，組裝成電池，電解液包括IM的Lil、0. IM的I2、0. 5M的4- 丁基吡啶，其中溶劑為丁腈和碳酸丙烯酯(PC)(體積比為I : I)。測效率時使用氙燈模擬太陽光，光強(qiáng)為lOOmW/cm2(用標(biāo)準(zhǔn)硅光電二極管測定光強(qiáng))。如圖I所示，該薄膜電極所組成的電池光電轉(zhuǎn)換效率為3. 0%，電池的短路電流密度為7. ImA/cm2,開路電壓為O. 70V,填充因子為60%。
如圖3所示，本實(shí)施例所制備的摻雜的二氧化鈦的顆粒粒徑約為20nnT30nm，摻雜的二氧化鈦顆粒分散性好、分布均勻，無團(tuán)聚現(xiàn)象；在晶態(tài)的二氧化鈦之間摻雜著多壁碳納米管，多壁碳納米管與二氧化鈦之間實(shí)現(xiàn)了有效的連接，有利于光生電子在由該摻雜的二氧化鈦制備的光陽極膜層中的傳輸。從圖3可以看出有兩處標(biāo)示的碳納米管的直徑分別為 64. Inm,70. 2nm，多壁碳納米管中的石墨烯的層數(shù)更多，更加有利于增強(qiáng)光生電子在由該摻雜的二氧化鈦制備的光陽極膜層中的傳輸。
該摻雜的二氧化鈦中多壁碳納米管摻入到晶態(tài)的二氧化鈦中，實(shí)現(xiàn)了多壁碳納米管與晶態(tài)的二氧化鈦的有效連接，且摻雜的二氧化鈦顆粒分散性好，無團(tuán)聚現(xiàn)象；在該摻雜的二氧化鈦中，只摻入了少量的多壁碳納米管，就可以增強(qiáng)光生電子在由該摻雜的二氧化鈦制備的光陽極膜層中的傳輸。該摻雜的二氧化鈦的制備方法簡單，通過水熱反應(yīng)過程中實(shí)現(xiàn)生成晶態(tài)的二氧化鈦以及同時多壁碳納米管摻入到晶態(tài)的二氧化鈦中，不僅實(shí)現(xiàn)了均勻摻雜的目的，而且大大降低了水熱反應(yīng)的溫度。使用該制備方法得到的摻雜的二氧化鈦制作染料敏化太陽能電池，大大提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
實(shí)施例2
本實(shí)施例提供一種摻雜的二氧化鈦的制備方法，包括以下步驟
(I)稱取12g的異丙醇鈦，加入700g的水中至充分溶解完全，配制成異丙醇鈦水溶液；稱取4g的聚丙烯酸，加入IOOg的水中至充分溶解均勻，配制成聚丙烯酸水溶液；將聚丙烯酸水溶液在磁力攪拌作用下緩慢滴加到異丙醇鈦水溶液中，攪拌12小時至分散均勻， 制備得到非晶態(tài)的二氧化鈦。
(2)將單壁碳納米管加入到上述混合溶液中，其中單壁碳納米管與非晶態(tài)的二氧化鈦的摩爾比為I : 19，該單壁碳納米管的直徑約為3nm，長度約為0.5 μ m。再全部轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜內(nèi)，水熱反應(yīng)釜的填充度為60°/Γ80%，加熱到160°C， 水熱反應(yīng)12h。將反應(yīng)產(chǎn)物用去水和乙醇反復(fù)沖洗Γ5次即得摻雜的二氧化鈦。經(jīng)過所述水熱反應(yīng)，非晶態(tài)的二氧化鈦?zhàn)兂删B(tài)的二氧化鈦，該摻雜的二氧化鈦的結(jié)構(gòu)為單壁碳納米管摻入晶態(tài)的二氧化鈦中，且單壁碳納米管與晶態(tài)的二氧化鈦的摩爾比為1:19，單壁碳納米管的直徑約為3nm，長度約為O. 5 μ m。
使用本實(shí)施例制備的摻雜的二氧化鈦制備光陽極以及染料敏化太陽能電池的方法如同實(shí)施例1，測效率時使用氙燈模擬太陽光，光強(qiáng)為lOOmW/cm2(用標(biāo)準(zhǔn)硅光電二極管測定光強(qiáng))。如圖2所示該薄膜電極所組成的電池光電轉(zhuǎn)換效率為4. 2%，電池的短路電流密度為8. 9mA/cm2,開路電壓為O. 72V,填充因子為65%。
實(shí)施例3
本實(shí)施例提供一種摻雜的二氧化鈦的制備方法，包括以下步驟
(I)稱取IOg的異丙醇鈦,加入50g的水中至充分溶解完全,配制成異丙醇鈦水溶液；稱取12g的水楊酸，加入350g的水中至充分溶解均勻，配制成水楊酸水溶液；將水楊酸水溶液在磁力攪拌作用下緩慢滴加到異丙醇鈦水溶液中，攪拌10小時至分散均勻，制備得到非晶態(tài)的二氧化鈦。
(2)將單壁碳納米管加入到上述混合溶液中，其中單壁碳納米管與非晶態(tài)的二氧化鈦的摩爾比為I : 25，該單壁碳納米管的直徑約為2nm，長度約為5 μ m。再全部轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜內(nèi)，水熱反應(yīng)釜的填充度為60°/Γ80%，加熱到175°C，水熱反應(yīng) ISh0將反應(yīng)產(chǎn)物用去水和乙醇反復(fù)沖洗3飛次即得摻雜的二氧化鈦。經(jīng)過所述水熱反應(yīng)， 非晶態(tài)的二氧化鈦?zhàn)兂删B(tài)的二氧化鈦，該摻雜的二氧化鈦的結(jié)構(gòu)為單壁碳納米管摻入晶態(tài)的二氧化鈦中，且碳納米管與晶態(tài)的二氧化鈦的摩爾比為1:25，單壁碳納米管的直徑約為2nm,長度約為5 μ m。
實(shí)施例4
本實(shí)施例提供一種摻雜的二氧化鈦的制備方法，包括以下步驟
(I)稱取14g的鈦酸四丁酯，加入200g的水中至充分溶解完全，配制成鈦酸四丁酯水溶液；稱取15g的聚丙烯酸，加入450g的水中至充分溶解均勻，配制成聚丙烯酸水溶液； 將聚丙烯酸水溶液在磁力攪拌作用下緩慢滴加到鈦酸四丁酯水溶液中，攪拌I小時至分散均勻，制備得到非晶態(tài)的二氧化鈦。
(2)將單壁碳納米管加入到上述混合溶液中，其中單壁碳納米管與非晶態(tài)的二氧化鈦的摩爾比為1:30，該單壁碳納米管的直徑約為O. 8nm，長度約為Ιμπι。再全部轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜內(nèi)，水熱反應(yīng)釜的填充度為60°/Γ80%，加熱到180°C，水熱反應(yīng) 16h。將反應(yīng)產(chǎn)物用去水和乙醇反復(fù)沖洗Γ5次即得摻雜的二氧化鈦。經(jīng)過所述水熱反應(yīng)， 非晶態(tài)的二氧化鈦?zhàn)兂删B(tài)的二氧化鈦，該摻雜的二氧化鈦的結(jié)構(gòu)為單壁碳納米管摻入晶態(tài)的二氧化鈦中，且單壁碳納米管與晶態(tài)的二氧化鈦的摩爾比為1:30，單壁碳納米管的直徑約為O. 8nm,長度約為I μ m。
實(shí)施例5
本實(shí)施例提供一種摻雜的二氧化鈦的制備方法，包括以下步驟
(I)稱取2g的硫酸鈦,加入400g的水中至充分溶解完全,配制成硫酸鈦水溶液； 稱取3g的草酸，加入300g的水中至充分溶解均勻，配制成草酸水溶液；將草酸水溶液在磁力攪拌作用下緩慢滴加到硫酸鈦水溶液中，攪拌24小時至分散均勻，制備得到非晶態(tài)的二氧化鈦。
(2)將單壁碳納米管加入到上述混合溶液中，其中單臂碳納米管與非晶態(tài)的二氧化鈦的摩爾比為I : 49，該單壁碳納米管的直徑約為4nm，長度約為2.5 μ m。再全部轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜內(nèi)，水熱反應(yīng)釜的填充度為60°/Γ80%，加熱到165°C，水熱反應(yīng)24h。將反應(yīng)產(chǎn)物用去水和乙醇反復(fù)沖洗Γ5次即得摻雜的二氧化鈦。經(jīng)過所述水熱反應(yīng)，非晶態(tài)的二氧化鈦?zhàn)兂删B(tài)的二氧化鈦，該摻雜的二氧化鈦的結(jié)構(gòu)為單壁碳納米管摻入晶態(tài)的二氧化鈦中，且單壁碳納米管與晶態(tài)的二氧化鈦的摩爾比為1:49，單壁碳納米管的直徑約為4nm，長度約為2. 5 μ m。
單壁碳納米管是一種重要的納米材料，其直徑一般在幾納米至幾十納米，長度約為數(shù)微米至數(shù)毫米。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能，單壁碳納米管早多個領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。在導(dǎo)電性能方面，單壁碳納米管具有良好的電學(xué)特性，形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，因此，將其引入染料敏化太陽能電池光陽極中，通過一定手段使單壁碳納米管貫穿于納米二氧化鈦間，實(shí)現(xiàn)兩者的緊密結(jié)合，從而有利于顆粒間實(shí)現(xiàn)更有效的連接，增加二氧化鈦光陽極結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的完整性，從而使得光生電子在單壁碳納米管的作用下實(shí)現(xiàn)更高效、快速的傳輸。
該摻雜的二氧化鈦中單壁碳納米管摻入到晶態(tài)的二氧化鈦中，實(shí)現(xiàn)了單壁碳納米管與晶態(tài)的二氧化鈦的有效連接，且摻雜的二氧化鈦顆粒分散性好，無團(tuán)聚現(xiàn)象；在該摻雜的二氧化鈦中，只摻入了少量的單壁碳納米管，就可以增強(qiáng)光生電子在由該摻雜的二氧化鈦制備的光陽極膜層中的傳輸。單壁碳納米管，直徑大小的分布范圍小，缺陷少，具有更高的均勻一致性，從而使得摻雜的二氧化鈦的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固。該摻雜的二氧化鈦的制備方法簡單，通過水熱反應(yīng)過程中實(shí)現(xiàn)生成晶態(tài)的二氧化鈦以及同時單壁碳納米管摻入到晶態(tài)的二氧化鈦中，不僅實(shí)現(xiàn)了均勻摻雜的目的，而且大大降低了水熱反應(yīng)的溫度。使用該制備方法得到的摻雜的二氧化鈦制作染料敏化太陽能電池，大大提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
實(shí)施例6
本實(shí)施例提供一種摻雜的二氧化鈦的制備方法，包括以下步驟
(I)稱取16g的異丙醇鈦,加入350g的水中至充分溶解完全,配制成異丙醇鈦水溶液；稱取9g的水楊酸，加入500g的水中至充分溶解均勻，配制成水楊酸水溶液；將水楊酸水溶液在磁力攪拌作用下緩慢滴加到異丙醇鈦水溶液中，攪拌4小時至分散均勻，制備得到非晶態(tài)的二氧化鈦。
(2)將多壁碳納米管和單壁碳納米管的混合物(多壁碳納米管和單壁碳納米管的混合物的摩爾比為I : I)加入到上述混合溶液中，其中，多壁碳納米管和單壁碳納米管的混合物與非晶態(tài)的二氧化鈦的摩爾比為1:19，所述多壁碳納米管的直徑約為5nm，長度約為30 μ m ;所述單壁碳納米管的直徑約為2nm,長度約為2 μ m。再全部轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜內(nèi)，水熱反應(yīng)釜的填充度為60°/Γ80%，加熱到160°C，水熱反應(yīng)14h。將反應(yīng)產(chǎn)物用去水和乙醇反復(fù)沖洗3飛次即得摻雜的二氧化鈦。經(jīng)過所述水熱反應(yīng)，非晶態(tài)的二氧化鈦?zhàn)兂删B(tài)的二氧化鈦，該摻雜的二氧化鈦的結(jié)構(gòu)為多壁碳納米管摻入晶態(tài)的二氧化鈦中，且多壁碳納米管與晶態(tài)的二氧化鈦的摩爾比為1:19，所述多壁碳納米管的直徑約為 5nm,長度約為30 μ m ;所述單壁碳納米管的直徑約為2nm,長度約為2 μ m。
實(shí)施例7
本實(shí)施例提供一種摻雜的二氧化鈦的制備方法，包括以下步驟
(I)稱取18g的硫酸鈦,加入500g的水中至充分溶解完全,配制成硫酸鈦水溶液； 稱取IOg的水楊酸，加入400g的水中至充分溶解均勻，配制成水楊酸水溶液；將水楊酸水溶液在磁力攪拌作用下緩慢滴加到硫酸鈦水溶液中，攪拌8小時至分散均勻，制備得到非晶態(tài)的二氧化鈦。
(2)將多壁碳納米管加入到上述混合溶液中，其中多壁碳納米管與非晶態(tài)的二氧化鈦的摩爾比為1:22，該多壁碳納米管的直徑約為40nm，長度約為15 μ m。再全部轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜內(nèi)，水熱反應(yīng)釜的填充度為60°/Γ80%，加熱到175°C，水熱反應(yīng) 23h。將反應(yīng)產(chǎn)物用去水和乙醇反復(fù)沖洗Γ5次即得摻雜的二氧化鈦。經(jīng)過所述水熱反應(yīng)， 非晶態(tài)的二氧化鈦?zhàn)兂删B(tài)的二氧化鈦，該摻雜的二氧化鈦的結(jié)構(gòu)為多壁碳納米管摻入晶態(tài)的二氧化鈦中，且多壁碳納米管與晶態(tài)的二氧化鈦的摩爾比為1:22，多壁碳納米管的直徑約為40nm,長度約為15 μ m。
實(shí)施例8
本實(shí)施例提供一種摻雜的二氧化鈦的制備方法，包括以下步驟
(I)稱取8g的鈦酸四丁酯，加入600g的水中至充分溶解完全，配制成鈦酸四丁酯水溶液；稱取13g的草酸，加入250g的水中至充分溶解均勻，配制成草酸水溶液；將草酸水溶液在磁力攪拌作用下緩慢滴加到鈦酸四丁酯水溶液中，攪拌16小時至分散均勻，制備得到非晶態(tài)的二氧化鈦。
(2)將多壁碳納米管加入到上述混合溶液中，其中多壁碳納米管與非晶態(tài)的二氧化鈦的摩爾比為1:17，該多壁碳納米管的直徑約為80nm，長度約為10 μ m。再全部轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜內(nèi)，水熱反應(yīng)釜的填充度為60°/Γ80%，加熱到180°C，水熱反應(yīng) 13h。將反應(yīng)產(chǎn)物用去水和乙醇反復(fù)沖洗Γ5次即得摻雜的二氧化鈦。經(jīng)過所述水熱反應(yīng)， 非晶態(tài)的二氧化鈦?zhàn)兂删B(tài)的二氧化鈦，該摻雜的二氧化鈦的結(jié)構(gòu)為多壁碳納米管摻入晶態(tài)的二氧化鈦中，且多壁碳納米管與晶態(tài)的二氧化鈦的摩爾比為1:17，多壁碳納米管的直徑約為80nm,長度約為10 μ m。
實(shí)施例9
本實(shí)施例提供一種摻雜的二氧化鈦，其由上述方法制備的。
實(shí)施例10
本實(shí)施例提供一種染料敏化太陽能電池用光陽極的制備方法，包括以下步驟將上述的摻雜的二氧化鈦、松油醇、乙基纖維素按照質(zhì)量比摻雜的二氧化鈦松油醇乙基纖維素=2:7:1混合配置二氧化鈦漿料，涂覆二氧化鈦膜層，燒結(jié)制備得到染料敏化太陽能電池用光陽極。
實(shí)施例11
本實(shí)施例提供一種染料敏化太陽能電池用光陽極，其由上述方法制備。
實(shí)施例12
本實(shí)施例提供一種染料敏化太陽能電池，其含有上述的染料敏化太陽能電池用光陽極。
可以理解的是，以上實(shí)施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種摻雜的二氧化鈦，其特征在于，其結(jié)構(gòu)為碳納米管摻入晶態(tài)的二氧化鈦中，且所述碳納米管與所述晶態(tài)的二氧化鈦的摩爾比為(1:49) (1:19)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的摻雜的二氧化鈦，其特征在于，所述碳納米管采用單壁碳納米管和/或多壁碳納米管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摻雜的二氧化鈦，其特征在于，所述單壁碳納米管的直徑為O.8nm^4nm,長度為 O. 5 μ m 5 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摻雜的二氧化鈦，其特征在于，所述多壁碳納米管的直徑為 5nm 80nm,長度為 O. 2 μ m 30 μ m。
5.一種制備權(quán)利要求f 4任意一項所述的摻雜的二氧化鈦的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)制備非晶態(tài)的二氧化鈦；(2)將碳納米管與所述非晶態(tài)的二氧化鈦按照摩爾比(1:49) (1:19)混合，再通過水熱反應(yīng)制備摻雜的二氧化鈦，其中，水熱反應(yīng)的溫度為160°C 180°C，水熱反應(yīng)的時間為I 小時 24小時。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的摻雜的二氧化鈦的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中， 所述非晶態(tài)的二氧化鈦的制備方法為分別配置鈦的化合物的水溶液、酸的水溶液；將所述酸的水溶液加入到所述鈦的化合物的水溶液中，得到非晶態(tài)的二氧化鈦。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的摻雜的二氧化鈦的制備方法，其特征在于，所述鈦的化合物的水溶液的配置方法為將2 20質(zhì)量份的鈦的化合物與5(Γ700質(zhì)量份的水混合；和/或所述酸的水溶液的配置方法為將3 15質(zhì)量份的酸與10(Γ500質(zhì)量份的水混合。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的摻雜的二氧化鈦的制備方法，其特征在于，所述鈦的化合物為硫酸鈦、鈦酸四丁酯、異丙醇鈦中的任意一種；和/或所述酸為聚丙烯酸、水楊酸、草酸中的任意一種。
9.一種染料敏化太陽能電池用光陽極，其特征在于，其由權(quán)利要求Γ4任意一項所述摻雜的二氧化鈦制備。
10.一種染料敏化太陽能電池，其特征在于，其含有權(quán)利要求9所述的染料敏化太陽能電池用光陽極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種摻雜的二氧化鈦及其制備方法、該材料制備的染料敏化太陽能電池光陽極、電池。該摻雜的二氧化鈦的結(jié)構(gòu)為碳納米管摻入晶態(tài)的二氧化鈦中，且碳納米管與晶態(tài)的二氧化鈦的摩爾比為(1:49)~(1:19)。該摻雜的二氧化鈦實(shí)現(xiàn)了碳納米管與晶態(tài)的二氧化鈦的有效連接，且摻雜的二氧化鈦顆粒分散性好，無團(tuán)聚現(xiàn)象；在該摻雜的二氧化鈦中，只摻入了少量的碳納米管，就可以增強(qiáng)光生電子在由該摻雜的二氧化鈦制備的光陽極膜層中的傳輸。該摻雜的二氧化鈦的制備方法簡單，通過水熱反應(yīng)過程中實(shí)現(xiàn)生成晶態(tài)的二氧化鈦以及同時碳納米管摻入到晶態(tài)的二氧化鈦中，不僅實(shí)現(xiàn)了均勻摻雜的目的，而且大大降低了水熱反應(yīng)的溫度。
文檔編號H01G9/20GK102938327SQ201210512900
公開日2013年2月20日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者焦方方, 盧磊, 曾紹忠, 陳效華 申請人:奇瑞汽車股份有限公司