高效率TiO<sub>2</sub>纳米管基的染料敏化太阳能电池及其制备方法
专利名称：高效率TiO<sub>2</sub>纳米管基的染料敏化太阳能电池及其制备方法
技术领域：
本发明属于太阳能电池技术领域，更具体涉及一种高效率Ti02纳米管基的染料敏化太阳 能电池及其制备方法。
背景技术：
自从上世纪90年代初，瑞士科学家以Ti02为阳电极把染料敏化太阳能电池的光电转化 效率提高到6-7%以后，在世界上引起了广泛地关注，目前，这一电池的光电转化效率已达到 11%的水平。然而，由于所用的敏化剂为贵金属钌基的配合物，价格昂贵，阻碍着这一电池 的未来推广应用。因此，利用廉价的染料敏化剂的电池、寻找合适的Ti02基体材料，提高该 类型的电池性能， 一直是本领域研究的重点。 发明目的
本发明的目的是提供一种高效率Ti02纳米管基的染料敏化太阳能电池及其制备方法；该 制备方法简单，成本降低，电池光电转化率高，具有优异的经济效益。
本发明的效率Ti02纳米管基的染料敏化太阳能电池为三明治结构的染料敏化太阳能电 池；所述太阳能电池的两边部分分别为导电玻璃FTO和对电极，中间两部分分别为浸渍有有 机染料的Ti02纳米管薄膜和电解质溶液。
本发明的高效率Ti02纳米管基的染料敏化太阳能电池的制备步骤为
1) 使用水热合成法合成钛酸盐纳米管，经过处理和烧结形成锐钛矿型的Ti02纳米管；
2) 将步骤l)制备的锐钛矿型的Ti02纳米管浸渍到染料N719溶液中3-5天后取出，电 极薄膜的颜色由白色变为深红色，再把它与对电极和注入液态电解质溶液组装在一 起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。
本发明的显著优点是本发明利用一维结构的Ti02纳米管具有很高比表面积，可以吸附 大量的染料分子，提高光电流。同时， 一维结构作为电极材料，有利于电子的快速传送，抑 制电子的电极薄膜中再结合，提高开路电压，作为染料敏化太阳能电池的电极薄膜，最高光 电转化效率达到7.9%，制备方法简单易行，适合大规模的推广，具有显著的经济效益。
图1是本发明的三明治结构的染料敏化太阳能电池示意图。 图2是本发明的三明治结构的染料敏化太阳能电池电子转移示意图。 图l、图2中1导电玻璃FTO; 2Ti02纳米管电极薄膜；3染料N719溶液；4电解质溶、液;
5对电极。
图3光电流一电压关系曲线；橫坐标开路电压VOC;纵坐标短路电流Jsc; FF:填 充因子；Eff:转化效率。
图4光谱响应曲线图；IPCE: 量子转化效率；Wavelength:波长。
具体实施方式
所述的制备步骤为
1) 使用水热合成法合成钛酸盐纳米管，经过处理和烧结形成锐钛矿型的Ti02纳米管；
2) 将步骤1)制备的锐钛矿型的Ti02纳米管浸渍到N719染料溶液中3-5天后取出，电 极薄膜的颜色由白色变为深红色，再把它与对电极和注入液态电解质溶液组装在一 起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。
3) 锐钛矿型的Ti02纳米管的制备步骤为市贩的Ti02 (2g)粉末与10M的NaOH (100 mL)在90-100度下反应48-96小时后，所得的产物用0.1MHC1洗涤3-7天，以充 分的除去Na离子。再经过450-550度烧结，制得锐钛矿型的1102纳米管。
染料溶液为0.3 m mol N719溶液。
在标准条件下(100mW， 1Sun)，测定其光电转化效率。例如电极薄膜厚度为17.6 pm 的电池，其光电转化效率达到7.9%;这是目前用同类电极材料中效率最高的电池。 以下实施例进一步说明本发明，但是本发明不仅限于此。 实施例1
所述的制备步骤为
1) 使用水热合成法合成钛酸盐纳米管，经过处理和烧结形成锐钛矿型的Ti02纳米管；
2) 将步骤l)制备的锐钛矿型的Ti02纳米管浸渍到N719染料溶液中3天后取出，电极 薄膜的颜色由白色变为深红色，再把它与对电极和注入液态电解质溶液组装在一起， 形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。
3) 锐钛矿型的Ti02纳米管的制备步骤为市贩的Ti022g粉末与10M的NaOH(100mL) 在卯度下反应96小时后，所得的产物用0.1MHC1洗涤3天，以充分的除去Na离 子。再经过450度烧结，制得锐钛矿型的Ti02纳米管。
染料溶液为0.3 m mol N719溶液。
在标准条件下(100mW， 1Sun)，测定其光电转化效率。例如电极薄膜厚度为17.6拜 的电池，其光电转化效率达到7.9%;这是目前用同类电极材料中效率最高的电池。 实施例2
所述的制备步骤为
1) 使用水热合成法合成钛酸盐纳米管，经过处理和烧结形成锐钛矿型的Ti02纳米管；
2) 将步骤1)制备的锐钛矿型的Ti02纳米管浸渍到N719染料溶液中5天后取出，电极 薄膜的颜色由白色变为深红色，再把它与对电极和注入液态电解质溶液组装在一起， 形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。
3) 锐钛矿型的Ti02纳米管的制备步骤为市贩的Ti02 (2g)粉末与10M的NaOH (100 mL)在100度下反应48小时后，所得的产物用0.1MHC1洗涤7天，以充分的除去 Na离子。再经过550度烧结，制得锐钛矿型的Ti02纳米管。
染料溶液为0.3 m molN719溶液。
在标准条件下(100mW， lSun),测定其光电转化效率。例如电极薄膜厚度为17.6 (am 的电池，其光电转化效率达到7.9%:这是目前用同类电极材料中效率最高的电池。 实施例3
所述的制备步骤为
4) 使用水热合成法合成钛酸盐纳米管，经过处理和烧结形成锐钛矿型的Ti02纳米管；
5) 将步骤1 )制备的锐钛矿型的Ti02纳米管浸渍到N719染料溶液中4天后取出，电极 薄膜的颜色由白色变为深红色，再把它与对电极和注入液态电解质溶液组装在一起， 形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。
6) 锐钛矿型的Ti02纳米管的制备步骤为市贩的Ti02 (2g)粉末与10M的NaOH (100 mL)在65度下反应50-80小时后，所得的产物用0.1MHC1洗涤5天，以充分的除 去Na离子。再经过500度烧结，制得锐钛矿型的Ti02纳米管。
染料溶液为0.3 mmolN719溶液。 在标准条件下(100mW， 1 Sun),测定其光电转化效率。例如电极薄膜厚度为17.6jom的电 池，其光电转化效率达到7.9%;这是目前用同类电极材料中效率最高的电池。
权利要求
1. 一种高效率TiO2纳米管基的染料敏化太阳能电池，其特征在于所述的太阳能电池为三明治结构的染料敏化太阳能电池；所述太阳能电池的两边部分分别为导电玻璃FTO和对电极，中间两部分分别为浸渍有有机染料的TiO2纳米管薄膜和电解质溶液。
2. —种如权利要求l所述的高效率Ti02纳米管基的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特 征在于所述的制备步骤为1) 使用水热合成法合成钛酸盐纳米管，经过处理和烧结形成锐钛矿型的Ti02纳米管；2) 将步骤l)制备的锐钛矿型的Ti02纳米管浸渍到染料N719溶液中3-5天后取出，电 极薄膜的颜色由白色变为深红色，再把它与对电极和注入液态电解质溶液组装在一 起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。
3. 根据权利要求2所述的高效率Ti02纳米管基的染料敏化太阳能电池制备方法，其特征在 于所述锐钛矿型的Ti02纳米管的制备步骤为Ti022g粉末与100 mL 10M的NaOH溶 液在90-100度下反应48-96小时后，所得的产物用0.1MHCl洗涤3-7天，以充分的除去 Na离子；再经过450-550度烧结，制得锐钛矿型的Ti02纳米管。
4. 根据权利要求2所述的高效率Ti02纳米管基的染料敏化太阳能电池制备方法，其特征在 于所述染料溶液为0.3 m mol N719溶液。
5. 根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池、权利要求2、 3或4所述制备的染料敏化太 阳能电池在标准条件下，1Sun， 100mW/cm2;光电转化效率达到7.9%。
全文摘要
本发明提供一种高效率TiO<sub>2</sub>纳米管基的染料敏化太阳能电池及其制备方法；该太阳能电池为三明治结构的染料敏化太阳能电池；制备步骤为使用水热合成法合成钛酸盐纳米管，经过处理和烧结形成锐钛矿型的TiO<sub>2</sub>纳米管；将锐钛矿型的TiO<sub>2</sub>纳米管浸渍到N719染料溶液中3-5天后取出，电极薄膜的颜色由白色变为深红色，再把它与对电极和注入液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。本发明该制备方法简单，成本降低，电池光电转化率高，具有优异的经济效益。
文档编号H01G9/20GK101388293SQ20081007195
公开日2009年3月18日 申请日期2008年10月20日 优先权日2008年10月20日
发明者魏明灯 申请人:福州大学
技术领域：
本发明属于太阳能电池技术领域，更具体涉及一种高效率Ti02纳米管基的染料敏化太阳 能电池及其制备方法。
背景技术：
自从上世纪90年代初，瑞士科学家以Ti02为阳电极把染料敏化太阳能电池的光电转化 效率提高到6-7%以后，在世界上引起了广泛地关注，目前，这一电池的光电转化效率已达到 11%的水平。然而，由于所用的敏化剂为贵金属钌基的配合物，价格昂贵，阻碍着这一电池 的未来推广应用。因此，利用廉价的染料敏化剂的电池、寻找合适的Ti02基体材料，提高该 类型的电池性能， 一直是本领域研究的重点。 发明目的
本发明的目的是提供一种高效率Ti02纳米管基的染料敏化太阳能电池及其制备方法；该 制备方法简单，成本降低，电池光电转化率高，具有优异的经济效益。
本发明的效率Ti02纳米管基的染料敏化太阳能电池为三明治结构的染料敏化太阳能电 池；所述太阳能电池的两边部分分别为导电玻璃FTO和对电极，中间两部分分别为浸渍有有 机染料的Ti02纳米管薄膜和电解质溶液。
本发明的高效率Ti02纳米管基的染料敏化太阳能电池的制备步骤为
1) 使用水热合成法合成钛酸盐纳米管，经过处理和烧结形成锐钛矿型的Ti02纳米管；
2) 将步骤l)制备的锐钛矿型的Ti02纳米管浸渍到染料N719溶液中3-5天后取出，电 极薄膜的颜色由白色变为深红色，再把它与对电极和注入液态电解质溶液组装在一 起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。
本发明的显著优点是本发明利用一维结构的Ti02纳米管具有很高比表面积，可以吸附 大量的染料分子，提高光电流。同时， 一维结构作为电极材料，有利于电子的快速传送，抑 制电子的电极薄膜中再结合，提高开路电压，作为染料敏化太阳能电池的电极薄膜，最高光 电转化效率达到7.9%，制备方法简单易行，适合大规模的推广，具有显著的经济效益。
图1是本发明的三明治结构的染料敏化太阳能电池示意图。 图2是本发明的三明治结构的染料敏化太阳能电池电子转移示意图。 图l、图2中1导电玻璃FTO; 2Ti02纳米管电极薄膜；3染料N719溶液；4电解质溶、液;
5对电极。
图3光电流一电压关系曲线；橫坐标开路电压VOC;纵坐标短路电流Jsc; FF:填 充因子；Eff:转化效率。
图4光谱响应曲线图；IPCE: 量子转化效率；Wavelength:波长。
具体实施方式
所述的制备步骤为
1) 使用水热合成法合成钛酸盐纳米管，经过处理和烧结形成锐钛矿型的Ti02纳米管；
2) 将步骤1)制备的锐钛矿型的Ti02纳米管浸渍到N719染料溶液中3-5天后取出，电 极薄膜的颜色由白色变为深红色，再把它与对电极和注入液态电解质溶液组装在一 起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。
3) 锐钛矿型的Ti02纳米管的制备步骤为市贩的Ti02 (2g)粉末与10M的NaOH (100 mL)在90-100度下反应48-96小时后，所得的产物用0.1MHC1洗涤3-7天，以充 分的除去Na离子。再经过450-550度烧结，制得锐钛矿型的1102纳米管。
染料溶液为0.3 m mol N719溶液。
在标准条件下(100mW， 1Sun)，测定其光电转化效率。例如电极薄膜厚度为17.6 pm 的电池，其光电转化效率达到7.9%;这是目前用同类电极材料中效率最高的电池。 以下实施例进一步说明本发明，但是本发明不仅限于此。 实施例1
所述的制备步骤为
1) 使用水热合成法合成钛酸盐纳米管，经过处理和烧结形成锐钛矿型的Ti02纳米管；
2) 将步骤l)制备的锐钛矿型的Ti02纳米管浸渍到N719染料溶液中3天后取出，电极 薄膜的颜色由白色变为深红色，再把它与对电极和注入液态电解质溶液组装在一起， 形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。
3) 锐钛矿型的Ti02纳米管的制备步骤为市贩的Ti022g粉末与10M的NaOH(100mL) 在卯度下反应96小时后，所得的产物用0.1MHC1洗涤3天，以充分的除去Na离 子。再经过450度烧结，制得锐钛矿型的Ti02纳米管。
染料溶液为0.3 m mol N719溶液。
在标准条件下(100mW， 1Sun)，测定其光电转化效率。例如电极薄膜厚度为17.6拜 的电池，其光电转化效率达到7.9%;这是目前用同类电极材料中效率最高的电池。 实施例2
所述的制备步骤为
1) 使用水热合成法合成钛酸盐纳米管，经过处理和烧结形成锐钛矿型的Ti02纳米管；
2) 将步骤1)制备的锐钛矿型的Ti02纳米管浸渍到N719染料溶液中5天后取出，电极 薄膜的颜色由白色变为深红色，再把它与对电极和注入液态电解质溶液组装在一起， 形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。
3) 锐钛矿型的Ti02纳米管的制备步骤为市贩的Ti02 (2g)粉末与10M的NaOH (100 mL)在100度下反应48小时后，所得的产物用0.1MHC1洗涤7天，以充分的除去 Na离子。再经过550度烧结，制得锐钛矿型的Ti02纳米管。
染料溶液为0.3 m molN719溶液。
在标准条件下(100mW， lSun),测定其光电转化效率。例如电极薄膜厚度为17.6 (am 的电池，其光电转化效率达到7.9%:这是目前用同类电极材料中效率最高的电池。 实施例3
所述的制备步骤为
4) 使用水热合成法合成钛酸盐纳米管，经过处理和烧结形成锐钛矿型的Ti02纳米管；
5) 将步骤1 )制备的锐钛矿型的Ti02纳米管浸渍到N719染料溶液中4天后取出，电极 薄膜的颜色由白色变为深红色，再把它与对电极和注入液态电解质溶液组装在一起， 形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。
6) 锐钛矿型的Ti02纳米管的制备步骤为市贩的Ti02 (2g)粉末与10M的NaOH (100 mL)在65度下反应50-80小时后，所得的产物用0.1MHC1洗涤5天，以充分的除 去Na离子。再经过500度烧结，制得锐钛矿型的Ti02纳米管。
染料溶液为0.3 mmolN719溶液。 在标准条件下(100mW， 1 Sun),测定其光电转化效率。例如电极薄膜厚度为17.6jom的电 池，其光电转化效率达到7.9%;这是目前用同类电极材料中效率最高的电池。
权利要求
1. 一种高效率TiO2纳米管基的染料敏化太阳能电池，其特征在于所述的太阳能电池为三明治结构的染料敏化太阳能电池；所述太阳能电池的两边部分分别为导电玻璃FTO和对电极，中间两部分分别为浸渍有有机染料的TiO2纳米管薄膜和电解质溶液。
2. —种如权利要求l所述的高效率Ti02纳米管基的染料敏化太阳能电池的制备方法，其特 征在于所述的制备步骤为1) 使用水热合成法合成钛酸盐纳米管，经过处理和烧结形成锐钛矿型的Ti02纳米管；2) 将步骤l)制备的锐钛矿型的Ti02纳米管浸渍到染料N719溶液中3-5天后取出，电 极薄膜的颜色由白色变为深红色，再把它与对电极和注入液态电解质溶液组装在一 起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。
3. 根据权利要求2所述的高效率Ti02纳米管基的染料敏化太阳能电池制备方法，其特征在 于所述锐钛矿型的Ti02纳米管的制备步骤为Ti022g粉末与100 mL 10M的NaOH溶 液在90-100度下反应48-96小时后，所得的产物用0.1MHCl洗涤3-7天，以充分的除去 Na离子；再经过450-550度烧结，制得锐钛矿型的Ti02纳米管。
4. 根据权利要求2所述的高效率Ti02纳米管基的染料敏化太阳能电池制备方法，其特征在 于所述染料溶液为0.3 m mol N719溶液。
5. 根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池、权利要求2、 3或4所述制备的染料敏化太 阳能电池在标准条件下，1Sun， 100mW/cm2;光电转化效率达到7.9%。
全文摘要
本发明提供一种高效率TiO<sub>2</sub>纳米管基的染料敏化太阳能电池及其制备方法；该太阳能电池为三明治结构的染料敏化太阳能电池；制备步骤为使用水热合成法合成钛酸盐纳米管，经过处理和烧结形成锐钛矿型的TiO<sub>2</sub>纳米管；将锐钛矿型的TiO<sub>2</sub>纳米管浸渍到N719染料溶液中3-5天后取出，电极薄膜的颜色由白色变为深红色，再把它与对电极和注入液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。本发明该制备方法简单，成本降低，电池光电转化率高，具有优异的经济效益。
文档编号H01G9/20GK101388293SQ20081007195
公开日2009年3月18日 申请日期2008年10月20日 优先权日2008年10月20日
发明者魏明灯 申请人:福州大学
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