染料敏化太陽能電池光散射層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于染料敏化太陽能電池領(lǐng)域，尤其涉及一種染料敏化太陽能電池光散射層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]染料敏化太陽能電池作為一種新型的化學(xué)太陽能電池，以其簡單的制作工藝、低廉的成本、較高的能量轉(zhuǎn)換效率，良好的應(yīng)用前景而倍受關(guān)注。它是由導(dǎo)電玻璃，二氧化鈦半導(dǎo)體薄膜，染料敏化劑，氧化還原電解質(zhì)和鍍鉑對電極組成的“三明治”式結(jié)構(gòu)。由單一的純的Ti02納米顆粒組成的光陽極薄膜具有大的比表面積，有利于染料分子的吸附，與導(dǎo)電玻璃的接觸性緊密，有利于減少傳輸?shù)綄?dǎo)電玻璃表面的光生電子與電解質(zhì)的復(fù)合，但是對光的散射能力低，入射光直接透過了光陽極薄膜，大大降低了對光的利用率。因而，在P25薄膜上基礎(chǔ)上制備一種大尺寸的二氧化鈦管球光散射層即可解決這一問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種高光電轉(zhuǎn)換效率的染料敏化太陽能電池光散射層及其制備方法。
[0004]—方面，本發(fā)明提供了一種染料敏化太陽能電池光散射層，其包括依次層疊的P25納米晶薄膜層和二氧化鈦納米管球?qū)?，所述Ti02納米管球?qū)佑芍虚g為空心球狀、四周呈放射狀的Ti02納米管球粉末排列而成。
[0005]第二方面，本發(fā)明提供了本發(fā)明第一方面所述染料敏化太陽能電池光散射層的制備方法，其包括以下步驟:
[0006]步驟A，將Ti(S04)2、NH4F和⑶(冊2)2混合后，在150°C?180°C反應(yīng)lh?12h，冷卻后取出固相產(chǎn)物，漂洗，干燥，得到Ti02空心球粉末；
[0007]步驟B，將步驟A得到的Ti02空心球粉末與強堿溶液混合，在120°C?180°C下水熱反應(yīng)lh?48h，冷卻，酸液洗滌至PH為中性，干燥，將得到的白色粉末升溫到400°C?600°C，保溫lh?3h，冷卻，得到Ti02納米管球粉末；
[0008]步驟C，將步驟B得到的Ti02納米管球粉末與分散劑、流平劑、造孔成膜劑混合后制備成粘性漿料涂布到P25納米晶薄膜層表面，以1?5°C/min的速率升溫至400?500°C，保溫30min?60min，再以1?2°C/min的速率升溫到500°C?600°C，保溫30min?60min，冷卻，得到所述染料敏化太陽能電池光散射層。
[0009]本發(fā)明提供的染料敏化太陽能電池光散射層及其制備方法的有益效果是:
[0010](1)本發(fā)明制備的Ti02納米管球是由許多管口直徑約為10nm的納米管互相纏繞而形成的鏤空結(jié)構(gòu)，Ti02納米管球的形態(tài)均勻，尺寸較大，為2?5μπι，用作染料敏化太陽能電池光散射層具有較大的比表面，增加了染料的吸附量，提高光電流，從而提高染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率;另一方面水熱合成的宏觀微米尺寸的Ti02納米管球大大增加了對太陽光的多次散射，提高了光陽極對太陽光的吸收;第三，Ti02納米管球是由一維納米管相互穿插而成，其特殊一維納米管通道提高了電子的迀移速率，減小了暗電流，從而提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率；
[0011](2)本發(fā)明制備方法合成的Ti02納米管球尺寸均勻，工藝簡單，可重復(fù)性強。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明染料敏化太陽能電池光散射層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明實施例1步驟A得到的Ti02空心球粉末的低倍SEM圖。
[0014]圖3為本發(fā)明實施例1步驟A得到的Ti02空心球粉末的低倍TEM圖。
[0015]圖4為本發(fā)明實施例1步驟昭I」的Ti02納米管球粉末的低倍SEM圖。
[0016]圖5為本發(fā)明實施例1步驟B得到的Ti02納米管球粉末的低倍SEM圖。
[0017]圖6為本發(fā)明實施例1步驟B得到的Ti02納米管球粉末的高倍TEM圖。
[0018]圖7為圖6方框區(qū)域的高倍TEM圖。
[0019]圖8是本發(fā)明實施例1制備的具有光散射層的染料敏化太陽能電池光陽極的截面SEM 圖。
[0020]圖9是市售P25薄膜與本發(fā)明實施例1制備得到的具有光散射層的雙層薄膜染料敏化太陽能電池的漫反射率曲線。
[0021]圖10是市售P25納米晶光陽極和本發(fā)明實施例1制備得到的具有光散射層的光陽極的光電流?電壓曲線。
【具體實施方式】
[0022]如圖1所示，一方面，本發(fā)明提供了一種染料敏化太陽能電池光散射層，其包括依次層疊的P25納米晶薄膜層1和二氧化鈦納米管球?qū)?，所述Ti02納米管球?qū)?由中間為空心球狀、四周呈放射狀的Ti02納米管球粉末排列而成。
[0023]具體的，所述P25納米晶薄膜層1附著在導(dǎo)電玻璃3表面。所述導(dǎo)電玻璃3可以是摻氟的氧化錫導(dǎo)電玻璃(FT0)或摻錫的氧化銦導(dǎo)電玻璃(ΙΤ0)，優(yōu)選FT0。
[0024]優(yōu)選的，所述Ti02納米管球粉末顆粒尺寸為2?5μπι。
[0025]優(yōu)選的，所述Ti02納米管球粉末顆粒比表面積為60?300m2/g。
[0026]第二方面，本發(fā)明提供了本發(fā)明第一方面所述染料敏化太陽能電池光散射層的制備方法，其包括以下步驟:
[0027]步驟A，將Ti(S04)2、NH4F和⑶(NH2)2混合后，在150°C?180°C反應(yīng)lh?12h，冷卻后取出固相產(chǎn)物，漂洗，干燥，得到Ti02空心球粉末；
[0028]步驟B，將步驟A得到的Ti02空心球粉末與強堿溶液混合，在120°C?180°C下水熱反應(yīng)lh?48h，冷卻，酸液洗滌至PH為中性，干燥，將得到的白色粉末升溫到400°C?600°C，保溫lh?3h，冷卻，得到Ti02納米管球粉末；
[0029]步驟C，將步驟B得到的Ti02納米管球粉末與分散劑、流平劑、造孔成膜劑混合后制備成粘性漿料涂布到P25納米晶薄膜層表面，以1?5°C/min的速率升溫至400?500°C，保溫30min?60min，再以1?2°C/min的速率升溫到500°C?600°C，保溫30min?60min，冷卻，得到所述染料敏化太陽能電池光散射層。
[0030]優(yōu)選的，所述步驟A中Ti(S04)2、NH4F和⑶(NH2)2用量摩爾比例為0.1?1:0.1?2:0.1 ?2ο
[0031 ] 優(yōu)選的，所述步驟A中干燥條件為在真空干燥箱中60°C?100°C干燥8h?24h。
[0032]優(yōu)選的，所述步驟B中強堿溶液采用濃度為2mol/L?lOmol/L的NaOH溶液。所述步驟B中升溫到400°C?600°C的升溫速率為1?5°C/min。
[0033]具體的，所述酸液洗滌采用濃度為0.0lmol/L?lmol/L的HC1溶液。
[0034]優(yōu)選的，所述步驟C中分散劑采用無水乙醇。
[0035]優(yōu)選的，所述步驟C中流平劑采用松油醇。
[0036]優(yōu)選的，所述步驟C中造孔成膜劑采用乙基纖維素或羥甲基纖維素。
[0037]優(yōu)選的，所述步驟C中Ti02納米管球粉末與分散劑、流平劑和造孔成膜劑質(zhì)量比為0.1?1.0:4:1:1.0?2.0。
[0038]下面結(jié)合具體實施例，進一步對本發(fā)明進行詳細描述。當(dāng)然所描述的實施例僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部實施例，基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0039]實施例1
[0040]步驟A，制備Ti02空心球粉末:將2.4gTi(S04)2、0.37g NH4F和 1.2g CO(NH2)