復合光陽極及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種T12復合光陽極及其制備方法。
【背景技術】
[0002]染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized Solar Cells，簡稱為DSSCs)因其低廉的成本、制備工藝簡單等優點，受到國內外的廣泛關注。DSSCs的光電轉化效率在很大程度上取決于染料敏化的半導體光陽極。目前通常使用的染料為聯吡啶釕系列化合物，它們的吸收范圍主要在400-600nm之間，對于紅外光吸收較弱，從而在一定程度上限制了DSSCs光電轉換效率的進一步提高。通過拓寬染料的光譜響應范圍、優化半導體表面結構和組成、加強染料與半導體之間的結合能明顯增強光的吸收，降低電荷復合，加快電子的注入與傳輸。半導體光陽極作為染料吸附的載體和光生電子傳輸的通道，一直以來是DSSCs領域研究的焦點。
[0003]大量研究表明，通過窄禁帶半導體復合、貴金屬沉積以及金屬離子摻雜等手段對T12光陽極進行修飾改性，可以改變非平衡載流子的產生機制，使產生的電子和空穴有效分離，拓寬對太陽光的吸收頻帶，從而提高DSSCs的光電轉化效率。稀土元素具有獨特的4f電子構型和化學物理特性，被廣泛使用在電、磁、光領域。稀土發光是由稀土離子4f電子在不同能級間躍迀造成的，稀土離子吸收短波長光釋放長波長光的現象稱為稀土的下轉換現象。利用下轉換現象，將不被DSSCs吸收和利用的紫外光轉換為可見光，可以在很大程度上提高DSSCs對太陽光的利用率，進而提高DSSCs的光電轉換效率。
[0004]因此，如何合理設計出更有利于光吸收、電子注入和傳輸的、具有高效下轉換發光功能的T12基復合電極光陽極是我們亟待解決的問題。
【發明內容】
[0005]本發明是為了解決現有復合光陽極組裝成染料敏化太陽能電池的光電轉換效率低的技術問題，提供一種InW04: Eu3+/Ti02復合光陽極及其制備方法。
[0006]本發明的InWO4: Eu3VT12復合光陽極是由InWO4: Eu3+納米晶、P25Ti02和FTO導電玻璃組成;所述的InWO4: Eu3+納米晶由硝酸銦水溶液、硝酸銪溶液和鎢酸鹽水溶液組成;所述的InWO4 = Eu3+納米晶和Ρ25??02的質量比為1: (10?1000);所述的FTO玻璃的面電阻為30 Ω /cm2，長度為2cm，寬度為1.5cm，厚度為3mm。
[0007]本發明的一種InW04:Eu3+/Ti02復合光陽極的制備方法是按以下步驟進行的:
[0008]—、向表面活性劑溶液中加入硝酸銦水溶液和硝酸銪溶液，然后再加入鎢酸鹽水溶液，攪拌均勻，得到混合液，將混合液在溫度為110°C?2200C的條件下溶劑熱處理2h?48h，然后用無水乙醇洗滌2次?3次，在溫度為60°C?80°C的條件下干燥Sh?10h，即得到InffO4: Eu3+納米晶;所述的表面活性劑溶液的溶劑為無水乙醇，溶質為表面活性劑，溶劑與溶質的體積比為1: 2;所述的硝酸銦水溶液的濃度為0.1mo I/L?0.15mo I/L;所述的硝酸銪溶液的濃度為0.05mol /L?2mo I/L;所述的鎢酸鹽水溶液的濃度為0.05mol /L?2mo I /L;所述的硝酸銦水溶液中的硝酸銦與表面活性劑溶液中的溶質的體積比為1: (6.7?60);所述的硝酸銪水溶液中的硝酸銪和硝酸銦溶液中的硝酸銦的摩爾比為1: (I?100);所述的硝酸銪水溶液中的硝酸銪的摩爾量和硝酸銦溶液中的硝酸銦的摩爾量的總和與媽酸鹽水溶液中的鎢酸鹽的摩爾比為1: (I?10);
[0009]二、制備混合凝膠:將步驟一制備的InWO4: Eu3+納米晶、P25Ti02、3mL的T12凝膠與2mL的無水乙醇混合均勻，攪拌2h，得到混合凝膠;所述的步驟一制備的InWO4 = Eu3+納米晶和P25Ti02的總質量為680mg，所述的步驟一制備的InWOcEu3+納米晶和P25Ti02的質量比為1:(10 ?1000);
[0010]三、焙燒:用刮涂法將步驟二制備的混合溶膠均勻涂在FTO玻璃表面至厚度為IOym?12μηι，在溫度為60°C?80°C的條件下干燥3h，然后在升溫速度為l°C/min?20°C/min的條件下升溫至450°C，在溫度為450 °C的條件下焙燒30min，即完成InWO4: Eu3VT12復合光陽極的制備。
[0011]本發明的優點:
[0012]一、本發明制備InWOcEu3VT12復合光陽極的工藝簡單、成本低、所需設備簡單、生產安全性強，可以提高光陽極對太陽光的捕獲能力，易于實現工業化生產；
[0013]二、本發明將InWO4 = Eu3+應用于染料敏化太陽能電池，利用稀土離子的特殊性質，提高電池陽極對光的利用率，此外InWO4: Eu3+擁有球型的形貌，它與T12復合，得到的InWO4:Eu3VT12復合光陽極應用于染料敏化太陽能電池，使得電池的光電轉化效率達到7%?7.98%。
【附圖說明】
[0014]圖1是試驗一步驟一制備的InWOcEu3+納米晶的SEM圖；
[0015]圖2是試驗一步驟一制備的InW04:Eu3+納米晶的XRD圖；
[0016]圖3是將試驗一制備的InWOcEu3VT12復合光陽極和Pt對電極作為陰極組成的染料敏化太陽能電池的光電流密度-光電壓曲線圖。
【具體實施方式】
[0017]【具體實施方式】一:本實施方式為一種InWO4: Eu3VT12復合光陽極，具體是由InTO4:Eu3+納米晶、P25Ti02和FTO導電玻璃組成;所述的InWOcEu3+納米晶由硝酸銦水溶液、硝酸銪溶液和鎢酸鹽水溶液組成;所述的11^045113+納米晶和？251102的質量比為1:(10?1000);所述的FTO玻璃的面電阻為30 Ω/cm2，長度為2cm，寬度為1.5cm，厚度為3_。
[0018]【具體實施方式】二:本實施方式為一種InWOcEu3VT12復合光陽極的制備方法，具體是按以下步驟進行的:
[0019]—、向表面活性劑溶液中加入硝酸銦水溶液和硝酸銪溶液，然后再加入鎢酸鹽水溶液，攪拌均勻，得到混合液，將混合液在溫度為110°C?2200C的條件下溶劑熱處理2h?48h，然后用無水乙醇洗滌2次?3次，在溫度為60°C?80°C的條件下干燥Sh?10h，即得到InffO4: Eu3+納米晶;所述的表面活性劑溶液的溶劑為無水乙醇，溶質為表面活性劑，溶劑與溶質的體積比為1: 2;所述的硝酸銦水溶液的濃度為0.1mo I/L?0.15mo I/L;所述的硝酸銪溶液的濃度為0.05mol /L?2mo I/L;所述的鎢酸鹽水溶液的濃度為0.05mol /L?2mo I /L;所述的硝酸銦水溶液中的硝酸銦與表面活性劑溶液中的溶質的體積比為1: (6.7?60);所述的硝酸銪水溶液中的硝酸銪和硝酸銦溶液中的硝酸銦的摩爾比為1: (I?100);所述的硝酸銪水溶液中的硝酸銪的摩爾量和硝酸銦溶液中的硝酸銦的摩爾量的總和與媽酸鹽水溶液中的鎢酸鹽的摩爾比為1: (I?10);
[0020]二、制備混合凝膠:將步驟一制備的InWO4: Eu3+納米晶、P25Ti02、3mL的T12凝膠與2mL的無水乙醇混合均勻，攪拌2h，得到混合凝膠;所述的步驟一制備的InWO4 = Eu3+納米晶和P25Ti02的總質量為680mg，所述的步驟一制備的InWOcEu3+納米晶和P25Ti02的質量比為1:(10 ?1000);
[0021 ]三、焙燒:用刮涂法將步驟二制備的混合溶膠均勻涂在FTO玻璃表面至厚度為ΙΟμπι?12μηι，在溫度為60°C?80°C的條件下干燥3h，然后在升溫速度為l°C/min?20°C/min的條件下升溫至450°C，在溫度為450 °C的條件下焙燒30min，即完成InWO4: Eu3VT12復合光陽極的制備。
[0022]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一的不同點是:步驟一中所述的表面活性劑為油酸。其他與【具體實施方式】一相同。
[0023]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一或二的不同點是:步驟一中所述的硝酸銪溶液中的溶劑為水、乙醇和乙二醇中的一種或幾種的混合物。其他與【具體實施方式】一或二相同。
[0024]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至三的不同點是:步驟一中所述的鎢酸鹽水溶液中的溶質是鎢酸鈉。其他與【具體實施方式】一至三相同。
[0025]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至四的不同點是:步驟二中所述