染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種太陽能電池光陽極的制備方法。
【背景技術】
[0002]1102基染料敏化太陽能電池禁帶寬度較大(銳鈦礦相1102為3.2eV)，只能吸收紫外區域的光，導致其對太陽光的利用率低；Ti02自身大量的表面態及氧空位引發嚴重的界面光生載流子的復合，以及較寬的帶隙造成的光生電子由染料注入1102導帶的效率低，限制了電池光電轉換效率的提高。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是為了解決Ti02基染料敏化太陽能電池在可見光區吸收范圍小，Ti02自身大量的表面態及氧空位引發嚴重的界面光生載流子的復合，以及較寬的帶隙造成的光生電子由染料注入Ti02導帶的效率低，限制了電池光電轉換效率提高的問題，而提供了一種基于花瓣狀N，F共摻Ti02染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法。
[0004]本發明的一種基于花瓣狀N，F共摻Ti02染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法是按以下步驟進行:
[0005]—、在攪拌條件下，將鈦酸四丁酯加入乙醇中，得到鈦酸四丁酯的乙醇溶液；
[0006]所述的鈦酸四丁酯與乙醇的體積比為1: (2?3);
[0007]二、在攪拌條件下，以50滴/分鐘?80滴/分鐘的速度，將鈦酸四丁酯的乙醇溶液滴入到含有氟離子的去離子水中，滴加后調節溶液的pH值為5?6，得到初產物；
[0008]所述的初產物中Ti元素與F元素的摩爾比為1: (0.01?6);
[0009]三、將初產物置于水熱釜中，在水熱溫度為150°C?200°C的條件下，水熱反應12h?36h，得到水熱反應產物，將水熱反應產物自然冷卻至室溫，并通過離心分離出黃色沉淀物，然后在離心速度為3000rpm?15000rpm的條件下，依次用去離子水和無水乙醇對黃色沉淀物清洗2次?5次，再將清洗后的沉淀物置于溫度為80°C?120°C的真空干燥箱中，干燥lh?5h，最后將干燥后的沉淀物置于馬弗爐中，在溫度為300 °C?600 °C的條件下，煅燒0.5h?4h，煅燒后冷卻至室溫，得到N，F共摻Ti02花瓣狀粉體；
[0010]四、將N，F共摻Ti02花瓣狀粉體、乙基纖維素、松油醇和乙醇混合，攪拌均勻，得到N, F共摻Ti02漿料；
[0011]所述的N，F共摻1102花瓣狀粉體與乙基纖維素的質量比為1: (0.1?0.5);所述的N，F共摻Ti02花瓣狀粉體與松油醇的質量比為1: (2?7);所述的N，F共摻T1 2花瓣狀粉體與乙醇的質量比為1: (2?5)；
[0012]五、將Ti02P25、乙基纖維素、松油醇和乙醇混合，攪拌均勻，得到P25漿料；
[0013]所述的Ti02P25與乙基纖維素的質量比為1: (0.1?0.5);所述的Ti02P25與松油醇的質量比為1: (2?7);所述的Ti02P25與乙醇的質量比為1: (2?5);
[0014]六、利用200目?300目的絲網先對P25漿料進行絲網印刷法涂膜，得到P25薄膜，再在P25薄膜上利用200目?300目的絲網對N，F共摻Ti02漿料進行絲網印刷法涂膜，得到負載在P25薄膜上的N，F共摻Ti02薄膜，以1°C /分鐘的升溫速率，將負載在P25薄膜上的N，F共摻Ti02薄膜升溫至400 °C?600°C，并在溫度為400°C?600°C下，保溫lOmin?60min，得到基于花瓣狀N，F共摻Ti02染料敏化太陽能電池光陽極；
[0015]所述的負載在P25薄膜上的N，F共摻Ti02薄膜中P25薄膜與N，F共摻T1 2薄膜的厚度比為1:(0.2?1);
[0016]所述的負載在P25薄膜上的N，F共摻Ti02薄膜中N，F共摻T1 2薄膜的厚度為6 μ m。
[0017]本發明包含以下有益效果:
[0018]1、N，F雙摻Ti02光陽極材料，擴大了 T1 2在可見光區的響應范圍，提高對太陽光的利用率；
[0019]2、N，F雙摻Ti02可以使T1 2的禁帶寬度減小，平帶電位正移，Fermi能級下降，電子注入的驅動力增大，有利于短路電流的增加；
[0020]3、花瓣狀N，F雙摻Ti02增強了對入射光的散射作用，增強了對太陽光的捕獲率；
[0021]4、基于花瓣狀N，F共摻Ti02染料敏化太陽能電池內電子傳輸能力提高，光生載流子的復合被抑制，有利于提高電池中電荷收集效率。
[0022]5、測試發現基于花瓣狀N，F共摻Ti02染料敏化太陽能電池的光電轉換效率為8.0%?8.2%，短路電流為21.45mA/cm2?21.84mA/cm2，和1102染料敏化太陽能電池相比，光電流提高了 49%?52%，電池效率提升了 19%?22%。
【附圖說明】
[0023]圖1為實施例一步驟三制備的N，F共摻Ti02花瓣狀粉體放大22000倍的掃描電鏡照片；
[0024]圖2為實施例一步驟三制備的N，F共摻Ti02花瓣狀粉體放大4000倍的掃描電鏡照片；
[0025]圖3為紫外可見光譜圖，1為實施例一步驟三制備的N，F共摻Ti02花瓣狀粉體，2為 Ti02P25 ；
[0026]圖4為禁帶寬度曲線，1為實施例一制備的基于花瓣狀N，F共摻Ti02染料敏化太陽能電池光陽極，2為對比實驗步驟二得到的Ti02染料敏化太陽能電池光陽極；
[0027]圖5為表面光電壓曲線，1為實施例一制備的基于花瓣狀N，F共摻1102染料敏化太陽能電池光陽極，2為對比實驗步驟二得到的Ti02染料敏化太陽能電池光陽極；
[0028]圖6為平帶電壓曲線，1為實施例一制備的基于花瓣狀N，F共摻Ti02染料敏化太陽能電池光陽極，2為對比實驗步驟二得到的Ti02染料敏化太陽能電池光陽極；
[0029]圖7為漫反射譜，1為實施例一制備的基于花瓣狀N，F共摻1102染料敏化太陽能電池光陽極，2為對比實驗步驟二得到的Ti02染料敏化太陽能電池光陽極；
[0030]圖8為暗態條件下的交流阻抗譜圖，1為實施例二制備的基于花瓣狀N，F共摻Ti02染料敏化太陽能電池，2為對比實驗制備的Ti02染料敏化太陽能電池；
[0031]圖9為在模擬1.5G太陽光下的短路電流與開路電壓曲線，1為實施例二制備的基于花瓣狀N，F共摻1102染料敏化太陽能電池，2為對比實驗制備的T1 2染料敏化太陽能電池。
【具體實施方式】
[0032]【具體實施方式】一:本實施方式的一種基于花瓣狀N，F共摻Ti02染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法是按以下步驟進行:
[0033]—、在攪拌條件下，將鈦酸四丁酯加入乙醇中，得到鈦酸四丁酯的乙醇溶液；
[0034]所述的鈦酸四丁酯與乙醇的體積比為1: (2?3);
[0035]二、在攪拌條件下，以50滴/分鐘?80滴/分鐘的速度，將鈦酸四丁酯的乙醇溶液滴入到含有氟離子的去離子水中，滴加后調節溶液的pH值為5?6，得到初產物；
[0036]所述的初產物中Ti元素與F元素的摩爾比為1: (0.01?6);
[0037]三、將初產物置于水熱釜中，在水熱溫度為150°C?200°C的條件下，水熱反應12h?36h，得到水熱反應產物，將水熱反應產物自然冷卻至室溫，并通過離心分離出黃色沉淀物，然后在離心速度為3000rpm?15000rpm的條件下，依次用去離子水和無水乙醇對黃色沉淀物清洗2次?5次，再將清洗后的沉淀物置于溫度為80°C?120°C的真空干燥箱中，干燥lh?5h，最后將干燥后的沉淀物置于馬弗爐中，在溫度為300 °C?600 °C的條件下，煅燒0.5h?4h，煅燒后冷卻至室溫，得到N，F共摻Ti02花瓣狀粉體；
[0038]四、將N，F共摻Ti02花瓣狀粉體、乙基纖維素、松油醇和乙醇混合，攪拌均勻，得到N, F共摻Ti02漿料；
[0039]所述的N，F共摻1102花瓣狀粉體與乙基纖維素的質量比為1: (0.1?0.5);所述的N，F共摻Ti02花瓣狀粉體與松油醇的質量比為1: (2?7);所述的N，F共摻T1 2花瓣狀粉體與乙醇的質量比為1: (2?5)；
[0040]五、將Ti02P25、乙基纖維素、松油醇和乙醇混合，攪拌均勻，得到P25漿料；
[0041]所述的Ti02P25與乙基纖維素的質量比為1: (0.1?0.5);所述的Ti02P25與松油醇的質量比為1: (2?7);所述的Ti02P25與乙醇的質量比為1: (2?5);
[0042]六、利用200目?300目的絲網先對P25漿料進行絲網印刷法涂膜，得到P25薄膜，再在P25薄膜上利用200目?300目的絲網對N，F共摻Ti02漿料進行絲網印刷法涂膜，得到負載在P25薄膜上的N，F共摻Ti02薄膜，以1°C /分鐘的升溫速率，將負載在P25薄膜上的N，F共摻Ti02薄膜升溫至400 °C?600°C，并在溫度為400°C?600°C下，保溫lOmin?60min，得到基于花瓣狀N，F共摻Ti0