染料敏化太阳能电池光散射层及其制备方法
染料敏化太阳能电池光散射层及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于染料敏化太阳能电池领域，尤其涉及一种染料敏化太阳能电池光散射层及其制备方法。
【背景技术】
[0002]染料敏化太阳能电池作为一种新型的化学太阳能电池，以其简单的制作工艺、低廉的成本、较高的能量转换效率，良好的应用前景而倍受关注。它是由导电玻璃，二氧化钛半导体薄膜，染料敏化剂，氧化还原电解质和镀铂对电极组成的“三明治”式结构。由单一的纯的Ti02纳米颗粒组成的光阳极薄膜具有大的比表面积，有利于染料分子的吸附，与导电玻璃的接触性紧密，有利于减少传输到导电玻璃表面的光生电子与电解质的复合，但是对光的散射能力低，入射光直接透过了光阳极薄膜，大大降低了对光的利用率。因而，在P25薄膜上基础上制备一种大尺寸的二氧化钛管球光散射层即可解决这一问题。
【发明内容】
[0003]为了达到上述目的，本发明提供了一种高光电转换效率的染料敏化太阳能电池光散射层及其制备方法。
[0004]—方面，本发明提供了一种染料敏化太阳能电池光散射层，其包括依次层叠的P25纳米晶薄膜层和二氧化钛纳米管球层，所述Ti02纳米管球层由中间为空心球状、四周呈放射状的Ti02纳米管球粉末排列而成。
[0005]第二方面，本发明提供了本发明第一方面所述染料敏化太阳能电池光散射层的制备方法，其包括以下步骤:
[0006]步骤A，将Ti(S04)2、NH4F和⑶(冊2)2混合后，在150°C?180°C反应lh?12h，冷却后取出固相产物，漂洗，干燥，得到Ti02空心球粉末；
[0007]步骤B，将步骤A得到的Ti02空心球粉末与强碱溶液混合，在120°C?180°C下水热反应lh?48h，冷却，酸液洗涤至PH为中性，干燥，将得到的白色粉末升温到400°C?600°C，保温lh?3h，冷却，得到Ti02纳米管球粉末；
[0008]步骤C，将步骤B得到的Ti02纳米管球粉末与分散剂、流平剂、造孔成膜剂混合后制备成粘性浆料涂布到P25纳米晶薄膜层表面，以1?5°C/min的速率升温至400?500°C，保温30min?60min，再以1?2°C/min的速率升温到500°C?600°C，保温30min?60min，冷却，得到所述染料敏化太阳能电池光散射层。
[0009]本发明提供的染料敏化太阳能电池光散射层及其制备方法的有益效果是:
[0010](1)本发明制备的Ti02纳米管球是由许多管口直径约为10nm的纳米管互相缠绕而形成的镂空结构，Ti02纳米管球的形态均匀，尺寸较大，为2?5μπι，用作染料敏化太阳能电池光散射层具有较大的比表面，增加了染料的吸附量，提高光电流，从而提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率;另一方面水热合成的宏观微米尺寸的Ti02纳米管球大大增加了对太阳光的多次散射，提高了光阳极对太阳光的吸收;第三，Ti02纳米管球是由一维纳米管相互穿插而成，其特殊一维纳米管通道提高了电子的迀移速率，减小了暗电流，从而提高了电池的光电转换效率；
[0011](2)本发明制备方法合成的Ti02纳米管球尺寸均匀，工艺简单，可重复性强。
【附图说明】
[0012]图1为本发明染料敏化太阳能电池光散射层的结构示意图。
[0013]图2为本发明实施例1步骤A得到的Ti02空心球粉末的低倍SEM图。
[0014]图3为本发明实施例1步骤A得到的Ti02空心球粉末的低倍TEM图。
[0015]图4为本发明实施例1步骤昭I」的Ti02纳米管球粉末的低倍SEM图。
[0016]图5为本发明实施例1步骤B得到的Ti02纳米管球粉末的低倍SEM图。
[0017]图6为本发明实施例1步骤B得到的Ti02纳米管球粉末的高倍TEM图。
[0018]图7为图6方框区域的高倍TEM图。
[0019]图8是本发明实施例1制备的具有光散射层的染料敏化太阳能电池光阳极的截面SEM 图。
[0020]图9是市售P25薄膜与本发明实施例1制备得到的具有光散射层的双层薄膜染料敏化太阳能电池的漫反射率曲线。
[0021]图10是市售P25纳米晶光阳极和本发明实施例1制备得到的具有光散射层的光阳极的光电流?电压曲线。
【具体实施方式】
[0022]如图1所示，一方面，本发明提供了一种染料敏化太阳能电池光散射层，其包括依次层叠的P25纳米晶薄膜层1和二氧化钛纳米管球层2，所述Ti02纳米管球层2由中间为空心球状、四周呈放射状的Ti02纳米管球粉末排列而成。
[0023]具体的，所述P25纳米晶薄膜层1附着在导电玻璃3表面。所述导电玻璃3可以是掺氟的氧化锡导电玻璃(FT0)或掺锡的氧化铟导电玻璃(ΙΤ0)，优选FT0。
[0024]优选的，所述Ti02纳米管球粉末颗粒尺寸为2?5μπι。
[0025]优选的，所述Ti02纳米管球粉末颗粒比表面积为60?300m2/g。
[0026]第二方面，本发明提供了本发明第一方面所述染料敏化太阳能电池光散射层的制备方法，其包括以下步骤:
[0027]步骤A，将Ti(S04)2、NH4F和⑶(NH2)2混合后，在150°C?180°C反应lh?12h，冷却后取出固相产物，漂洗，干燥，得到Ti02空心球粉末；
[0028]步骤B，将步骤A得到的Ti02空心球粉末与强碱溶液混合，在120°C?180°C下水热反应lh?48h，冷却，酸液洗涤至PH为中性，干燥，将得到的白色粉末升温到400°C?600°C，保温lh?3h，冷却，得到Ti02纳米管球粉末；
[0029]步骤C，将步骤B得到的Ti02纳米管球粉末与分散剂、流平剂、造孔成膜剂混合后制备成粘性浆料涂布到P25纳米晶薄膜层表面，以1?5°C/min的速率升温至400?500°C，保温30min?60min，再以1?2°C/min的速率升温到500°C?600°C，保温30min?60min，冷却，得到所述染料敏化太阳能电池光散射层。
[0030]优选的，所述步骤A中Ti(S04)2、NH4F和⑶(NH2)2用量摩尔比例为0.1?1:0.1?2:0.1 ?2ο
[0031 ] 优选的，所述步骤A中干燥条件为在真空干燥箱中60°C?100°C干燥8h?24h。
[0032]优选的，所述步骤B中强碱溶液采用浓度为2mol/L?lOmol/L的NaOH溶液。所述步骤B中升温到400°C?600°C的升温速率为1?5°C/min。
[0033]具体的，所述酸液洗涤采用浓度为0.0lmol/L?lmol/L的HC1溶液。
[0034]优选的，所述步骤C中分散剂采用无水乙醇。
[0035]优选的，所述步骤C中流平剂采用松油醇。
[0036]优选的，所述步骤C中造孔成膜剂采用乙基纤维素或羟甲基纤维素。
[0037]优选的，所述步骤C中Ti02纳米管球粉末与分散剂、流平剂和造孔成膜剂质量比为0.1?1.0:4:1:1.0?2.0。
[0038]下面结合具体实施例，进一步对本发明进行详细描述。当然所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0039]实施例1
[0040]步骤A，制备Ti02空心球粉末:将2.4gTi(S04)2、0.37g NH4F和 1.2g CO(NH2) 2混合，搅拌一个小时，倒入100mL聚乙烯反应釜中，180°C反应12h，待反应完全自然冷却后取出，分别用去离子水、乙醇漂洗三次，在真空干燥箱中80°C干燥24h，得到Ti02空心球粉末，
[0041 ] 步骤B，制备Ti02管球粉末:称量2g步骤A制备的Ti02空心球粉末，加入24mL浓度为10mol/L的NaOH溶液中，转移至IjlOOmL聚乙烯水热反应釜中，在180°C下水热反应24h，反应完后，待反应釜自然冷却，用0.1M HC1、去离子水分别洗涤，至PH = 7，然后获得的粉末在真空干燥箱中80°C干燥24h，将获得的白色粉末置于马弗炉中，以l°C/min的速度升温到250°C，再以l/3°C/min的速度升温到350°C，再在350°C下保温30min，以l/2°C/min升温到500°C下保温30min，待自然冷却后取出，即得Ti02管球粉末。
[0042]步骤C，制备染料敏化太阳能电池光散射层:将步骤B制得的Ti02管球粉末:无水乙醇:松油醇:质量浓度为10%的乙基纤维素的乙醇溶液= 0.5:4:1:2的质量比例配制成粘性浆料，在P25薄膜电极的基础上贴3层3M胶带控制厚度，将粘性浆料刮涂在P25薄膜电极上，在空气中放置30min使浆料自然流平，揭下胶带，置于马弗炉中退火，以2°C/min的速率升温至450°C，保温30min，再以l°C/min的速率升温到500°C，保温30min，自然冷却到室温即可得到如图1所述染料敏化太阳能电池光散射层。
[0043]图2、图3分别是步骤A得到的二氧化钛空心球粉末的低倍SEM图和TEM图，可以看出得到的空心球体表面比较光滑，尺寸为400?900nm。
[0044]图4、图5是步骤B反应得到的二氧化钛纳米管球粉末的低倍SEM图，可以看出，经过第二次碱水热反应，水洗和酸洗之后，空心球保持了其基本形貌，但是表面变得粗糙。
[0045]图6、图7是步骤B最终得到的Ti02纳米管球粉末的高倍TEM图，可以看到空心球表面实际上形成了管径为10?20nm，长度为几百纳米的互相交错的纳米管结构，即中间为空心球状、四周呈放射状的Ti02纳米管球粉末，管球的直径为2?5μπι，这种结构大大增加了微纳结构的比表面积，从而增加了染料吸附量，提高光电子注入效率;再者，作为光散射层，Ti02纳米管球结构能够反射辐射的太阳光，提高对太阳光的捕获能力。
[0046]实施例2
[0047]本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，
[0048]步骤C，制备染料敏化太阳能电池光散射层:将步骤B制得的Ti02管球粉末:无水乙醇:松油醇:质量浓度为10%的乙基纤维素的乙醇溶液= 1:4:1:1的质量比例配制成稀浆料，在FT0导电玻璃的基础上贴3层3M胶带控制厚度，将稀浆料刮涂FT0导电玻璃上，在空气中放置30min使浆料自然流平，揭下胶带，置于马弗炉中退火，以2°C/min的速率升温至450°C，保温30min，再以l°C/min的速率升温到500°C，保温30min，自然冷却到室温即可得到具有光散射层的染料敏化太阳能电池光阳极。
[0049]图8是实施例1制备的具有光散射层的染料敏化太阳能电池光阳极截面SEM图。
[0050]分别测试市售P25薄膜与本发明实施例1制备得到的染料敏化太阳能电池光散射层的漫反射率，得到图9结果，可以看到，在400nm?800nm的可见光区，本发明实施例1制备得到的染料敏化太阳能电池光散射层表现出了最高的漫反射率。
[0051]分别测试市售P25纳米晶光阳极和本发明实施例1制备得到的具有光散射层的光阳极的光电流?电压曲线，得到图10所示结果。从图10上可以看出:二者组装成的电池具有相似的开路电压，本发明实施例1制备得到的染料敏化太阳能电池具有更大的光电流密度，为19.9mA/cm2，光阳极的效率为6.78 %，说明本发明的具有光散射层的染料敏化太阳能电池的光电转换效率更高。
【主权项】
1.一种染料敏化太阳能电池光散射层，其包括依次层叠的P25纳米晶薄膜层和二氧化钛纳米管球层，所述Ti02纳米管球层由中间为空心球状、四周呈放射状的Ti02纳米管球粉末排列而成。2.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池光散射层，其特征在于:所述Ti02纳米管球粉末颗粒尺寸为2?5μηι。3.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池光散射层，其特征在于:所述Ti02纳米管球粉末颗粒比表面积为60?300m2/g。4.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池光散射层的制备方法，其包括以下步骤: 步骤A，将Ti(S04)2、NH4F和CO(NH2)2混合后，在150°C?180°C反应lh?12h，冷却后取出固相产物，漂洗，干燥，得到Ti02空心球粉末； 步骤B，将步骤A得到的Ti02空心球粉末与强碱溶液混合，在120°C?180°C下水热反应lh?48h，冷却，酸液洗涤至PH为中性，干燥，将得到的白色粉末升温到400°C?600°C，保温lh?3h，冷却，得到Ti02纳米管球粉末； 步骤C，将步骤B得到的Ti02纳米管球粉末与分散剂、流平剂、造孔成膜剂混合后制备成粘性浆料涂布到P25纳米晶薄膜层表面，以1?5°C/min的速率升温至400?500°C，保温.30min?60min，再以1?2°C/min的速率升温到500°C?600°C，保温30min?60min，冷却，得到所述染料敏化太阳能电池光散射层。5.如权利要求4所述的染料敏化太阳能电池光散射层的制备方法，其特征在于:所述步骤A中Ti(S04)2、NH4F和⑶(順2)2用量摩尔比例为0.1?1:0.1?2:0.1?2。6.如权利要求4所述的染料敏化太阳能电池光散射层的制备方法，其特征在于:所述步骤A中干燥条件为在真空干燥箱中60°C?100°C干燥8h?24h。7.如权利要求4所述的染料敏化太阳能电池光散射层的制备方法，其特征在于:所述步骤B中升温到400°C?600°C的升温速率为1?5°C/min。8.如权利要求4所述的染料敏化太阳能电池光散射层的制备方法，其特征在于:所述步骤C中流平剂采用松油醇。9.如权利要求4所述的染料敏化太阳能电池光散射层的制备方法，其特征在于:所述步骤C中造孔成膜剂采用乙基纤维素或羟甲基纤维素。10.如权利要求4所述的染料敏化太阳能电池光散射层的制备方法，其特征在于:所述步骤C中Ti02纳米管球粉末与分散剂、流平剂和造孔成膜剂质量比为0.1?1.0:4:1:1.0?.2.0。
【专利摘要】本发明公布了一种染料敏化太阳能电池光散射层，其包括依次层叠的P25纳米晶薄膜层和二氧化钛纳米管球层，所述TiO2纳米管球层由中间为空心球状、四周呈放射状的TiO2纳米管球粉末排列而成。所述染料敏化太阳能电池光散射层具有较大的比表面，增加了染料的吸附量，提高光电流，从而提高光电转换效率；水热合成的宏观微米尺寸的TiO2纳米管球大大增加了对太阳光的多次散射，提高了光阳极对太阳光的吸收；第三，TiO2纳米管球特殊一维纳米管通道提高了电子的迁移速率，减小了暗电流，从而提高了电池的光电转换效率。本发明提供了所述染料敏化太阳能电池光散射层的制备方法，合成的TiO2纳米管球尺寸均匀，工艺简单，可重复性强。
【IPC分类】H01G9/20, H01G9/042
【公开号】CN105489381
【申请号】CN201510759631
【发明人】赵丽, 王亚兰, 王世敏, 董兵海, 万丽, 王二静, 许祖勋
【申请人】湖北大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月10日
【技术领域】
[0001]本发明属于染料敏化太阳能电池领域，尤其涉及一种染料敏化太阳能电池光散射层及其制备方法。
【背景技术】
[0002]染料敏化太阳能电池作为一种新型的化学太阳能电池，以其简单的制作工艺、低廉的成本、较高的能量转换效率，良好的应用前景而倍受关注。它是由导电玻璃，二氧化钛半导体薄膜，染料敏化剂，氧化还原电解质和镀铂对电极组成的“三明治”式结构。由单一的纯的Ti02纳米颗粒组成的光阳极薄膜具有大的比表面积，有利于染料分子的吸附，与导电玻璃的接触性紧密，有利于减少传输到导电玻璃表面的光生电子与电解质的复合，但是对光的散射能力低，入射光直接透过了光阳极薄膜，大大降低了对光的利用率。因而，在P25薄膜上基础上制备一种大尺寸的二氧化钛管球光散射层即可解决这一问题。
【发明内容】
[0003]为了达到上述目的，本发明提供了一种高光电转换效率的染料敏化太阳能电池光散射层及其制备方法。
[0004]—方面，本发明提供了一种染料敏化太阳能电池光散射层，其包括依次层叠的P25纳米晶薄膜层和二氧化钛纳米管球层，所述Ti02纳米管球层由中间为空心球状、四周呈放射状的Ti02纳米管球粉末排列而成。
[0005]第二方面，本发明提供了本发明第一方面所述染料敏化太阳能电池光散射层的制备方法，其包括以下步骤:
[0006]步骤A，将Ti(S04)2、NH4F和⑶(冊2)2混合后，在150°C?180°C反应lh?12h，冷却后取出固相产物，漂洗，干燥，得到Ti02空心球粉末；
[0007]步骤B，将步骤A得到的Ti02空心球粉末与强碱溶液混合，在120°C?180°C下水热反应lh?48h，冷却，酸液洗涤至PH为中性，干燥，将得到的白色粉末升温到400°C?600°C，保温lh?3h，冷却，得到Ti02纳米管球粉末；
[0008]步骤C，将步骤B得到的Ti02纳米管球粉末与分散剂、流平剂、造孔成膜剂混合后制备成粘性浆料涂布到P25纳米晶薄膜层表面，以1?5°C/min的速率升温至400?500°C，保温30min?60min，再以1?2°C/min的速率升温到500°C?600°C，保温30min?60min，冷却，得到所述染料敏化太阳能电池光散射层。
[0009]本发明提供的染料敏化太阳能电池光散射层及其制备方法的有益效果是:
[0010](1)本发明制备的Ti02纳米管球是由许多管口直径约为10nm的纳米管互相缠绕而形成的镂空结构，Ti02纳米管球的形态均匀，尺寸较大，为2?5μπι，用作染料敏化太阳能电池光散射层具有较大的比表面，增加了染料的吸附量，提高光电流，从而提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率;另一方面水热合成的宏观微米尺寸的Ti02纳米管球大大增加了对太阳光的多次散射，提高了光阳极对太阳光的吸收;第三，Ti02纳米管球是由一维纳米管相互穿插而成，其特殊一维纳米管通道提高了电子的迀移速率，减小了暗电流，从而提高了电池的光电转换效率；
[0011](2)本发明制备方法合成的Ti02纳米管球尺寸均匀，工艺简单，可重复性强。
【附图说明】
[0012]图1为本发明染料敏化太阳能电池光散射层的结构示意图。
[0013]图2为本发明实施例1步骤A得到的Ti02空心球粉末的低倍SEM图。
[0014]图3为本发明实施例1步骤A得到的Ti02空心球粉末的低倍TEM图。
[0015]图4为本发明实施例1步骤昭I」的Ti02纳米管球粉末的低倍SEM图。
[0016]图5为本发明实施例1步骤B得到的Ti02纳米管球粉末的低倍SEM图。
[0017]图6为本发明实施例1步骤B得到的Ti02纳米管球粉末的高倍TEM图。
[0018]图7为图6方框区域的高倍TEM图。
[0019]图8是本发明实施例1制备的具有光散射层的染料敏化太阳能电池光阳极的截面SEM 图。
[0020]图9是市售P25薄膜与本发明实施例1制备得到的具有光散射层的双层薄膜染料敏化太阳能电池的漫反射率曲线。
[0021]图10是市售P25纳米晶光阳极和本发明实施例1制备得到的具有光散射层的光阳极的光电流?电压曲线。
【具体实施方式】
[0022]如图1所示，一方面，本发明提供了一种染料敏化太阳能电池光散射层，其包括依次层叠的P25纳米晶薄膜层1和二氧化钛纳米管球层2，所述Ti02纳米管球层2由中间为空心球状、四周呈放射状的Ti02纳米管球粉末排列而成。
[0023]具体的，所述P25纳米晶薄膜层1附着在导电玻璃3表面。所述导电玻璃3可以是掺氟的氧化锡导电玻璃(FT0)或掺锡的氧化铟导电玻璃(ΙΤ0)，优选FT0。
[0024]优选的，所述Ti02纳米管球粉末颗粒尺寸为2?5μπι。
[0025]优选的，所述Ti02纳米管球粉末颗粒比表面积为60?300m2/g。
[0026]第二方面，本发明提供了本发明第一方面所述染料敏化太阳能电池光散射层的制备方法，其包括以下步骤:
[0027]步骤A，将Ti(S04)2、NH4F和⑶(NH2)2混合后，在150°C?180°C反应lh?12h，冷却后取出固相产物，漂洗，干燥，得到Ti02空心球粉末；
[0028]步骤B，将步骤A得到的Ti02空心球粉末与强碱溶液混合，在120°C?180°C下水热反应lh?48h，冷却，酸液洗涤至PH为中性，干燥，将得到的白色粉末升温到400°C?600°C，保温lh?3h，冷却，得到Ti02纳米管球粉末；
[0029]步骤C，将步骤B得到的Ti02纳米管球粉末与分散剂、流平剂、造孔成膜剂混合后制备成粘性浆料涂布到P25纳米晶薄膜层表面，以1?5°C/min的速率升温至400?500°C，保温30min?60min，再以1?2°C/min的速率升温到500°C?600°C，保温30min?60min，冷却，得到所述染料敏化太阳能电池光散射层。
[0030]优选的，所述步骤A中Ti(S04)2、NH4F和⑶(NH2)2用量摩尔比例为0.1?1:0.1?2:0.1 ?2ο
[0031 ] 优选的，所述步骤A中干燥条件为在真空干燥箱中60°C?100°C干燥8h?24h。
[0032]优选的，所述步骤B中强碱溶液采用浓度为2mol/L?lOmol/L的NaOH溶液。所述步骤B中升温到400°C?600°C的升温速率为1?5°C/min。
[0033]具体的，所述酸液洗涤采用浓度为0.0lmol/L?lmol/L的HC1溶液。
[0034]优选的，所述步骤C中分散剂采用无水乙醇。
[0035]优选的，所述步骤C中流平剂采用松油醇。
[0036]优选的，所述步骤C中造孔成膜剂采用乙基纤维素或羟甲基纤维素。
[0037]优选的，所述步骤C中Ti02纳米管球粉末与分散剂、流平剂和造孔成膜剂质量比为0.1?1.0:4:1:1.0?2.0。
[0038]下面结合具体实施例，进一步对本发明进行详细描述。当然所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0039]实施例1
[0040]步骤A，制备Ti02空心球粉末:将2.4gTi(S04)2、0.37g NH4F和 1.2g CO(NH2) 2混合，搅拌一个小时，倒入100mL聚乙烯反应釜中，180°C反应12h，待反应完全自然冷却后取出，分别用去离子水、乙醇漂洗三次，在真空干燥箱中80°C干燥24h，得到Ti02空心球粉末，
[0041 ] 步骤B，制备Ti02管球粉末:称量2g步骤A制备的Ti02空心球粉末，加入24mL浓度为10mol/L的NaOH溶液中，转移至IjlOOmL聚乙烯水热反应釜中，在180°C下水热反应24h，反应完后，待反应釜自然冷却，用0.1M HC1、去离子水分别洗涤，至PH = 7，然后获得的粉末在真空干燥箱中80°C干燥24h，将获得的白色粉末置于马弗炉中，以l°C/min的速度升温到250°C，再以l/3°C/min的速度升温到350°C，再在350°C下保温30min，以l/2°C/min升温到500°C下保温30min，待自然冷却后取出，即得Ti02管球粉末。
[0042]步骤C，制备染料敏化太阳能电池光散射层:将步骤B制得的Ti02管球粉末:无水乙醇:松油醇:质量浓度为10%的乙基纤维素的乙醇溶液= 0.5:4:1:2的质量比例配制成粘性浆料，在P25薄膜电极的基础上贴3层3M胶带控制厚度，将粘性浆料刮涂在P25薄膜电极上，在空气中放置30min使浆料自然流平，揭下胶带，置于马弗炉中退火，以2°C/min的速率升温至450°C，保温30min，再以l°C/min的速率升温到500°C，保温30min，自然冷却到室温即可得到如图1所述染料敏化太阳能电池光散射层。
[0043]图2、图3分别是步骤A得到的二氧化钛空心球粉末的低倍SEM图和TEM图，可以看出得到的空心球体表面比较光滑，尺寸为400?900nm。
[0044]图4、图5是步骤B反应得到的二氧化钛纳米管球粉末的低倍SEM图，可以看出，经过第二次碱水热反应，水洗和酸洗之后，空心球保持了其基本形貌，但是表面变得粗糙。
[0045]图6、图7是步骤B最终得到的Ti02纳米管球粉末的高倍TEM图，可以看到空心球表面实际上形成了管径为10?20nm，长度为几百纳米的互相交错的纳米管结构，即中间为空心球状、四周呈放射状的Ti02纳米管球粉末，管球的直径为2?5μπι，这种结构大大增加了微纳结构的比表面积，从而增加了染料吸附量，提高光电子注入效率;再者，作为光散射层，Ti02纳米管球结构能够反射辐射的太阳光，提高对太阳光的捕获能力。
[0046]实施例2
[0047]本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，
[0048]步骤C，制备染料敏化太阳能电池光散射层:将步骤B制得的Ti02管球粉末:无水乙醇:松油醇:质量浓度为10%的乙基纤维素的乙醇溶液= 1:4:1:1的质量比例配制成稀浆料，在FT0导电玻璃的基础上贴3层3M胶带控制厚度，将稀浆料刮涂FT0导电玻璃上，在空气中放置30min使浆料自然流平，揭下胶带，置于马弗炉中退火，以2°C/min的速率升温至450°C，保温30min，再以l°C/min的速率升温到500°C，保温30min，自然冷却到室温即可得到具有光散射层的染料敏化太阳能电池光阳极。
[0049]图8是实施例1制备的具有光散射层的染料敏化太阳能电池光阳极截面SEM图。
[0050]分别测试市售P25薄膜与本发明实施例1制备得到的染料敏化太阳能电池光散射层的漫反射率，得到图9结果，可以看到，在400nm?800nm的可见光区，本发明实施例1制备得到的染料敏化太阳能电池光散射层表现出了最高的漫反射率。
[0051]分别测试市售P25纳米晶光阳极和本发明实施例1制备得到的具有光散射层的光阳极的光电流?电压曲线，得到图10所示结果。从图10上可以看出:二者组装成的电池具有相似的开路电压，本发明实施例1制备得到的染料敏化太阳能电池具有更大的光电流密度，为19.9mA/cm2，光阳极的效率为6.78 %，说明本发明的具有光散射层的染料敏化太阳能电池的光电转换效率更高。
【主权项】
1.一种染料敏化太阳能电池光散射层，其包括依次层叠的P25纳米晶薄膜层和二氧化钛纳米管球层，所述Ti02纳米管球层由中间为空心球状、四周呈放射状的Ti02纳米管球粉末排列而成。2.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池光散射层，其特征在于:所述Ti02纳米管球粉末颗粒尺寸为2?5μηι。3.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池光散射层，其特征在于:所述Ti02纳米管球粉末颗粒比表面积为60?300m2/g。4.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池光散射层的制备方法，其包括以下步骤: 步骤A，将Ti(S04)2、NH4F和CO(NH2)2混合后，在150°C?180°C反应lh?12h，冷却后取出固相产物，漂洗，干燥，得到Ti02空心球粉末； 步骤B，将步骤A得到的Ti02空心球粉末与强碱溶液混合，在120°C?180°C下水热反应lh?48h，冷却，酸液洗涤至PH为中性，干燥，将得到的白色粉末升温到400°C?600°C，保温lh?3h，冷却，得到Ti02纳米管球粉末； 步骤C，将步骤B得到的Ti02纳米管球粉末与分散剂、流平剂、造孔成膜剂混合后制备成粘性浆料涂布到P25纳米晶薄膜层表面，以1?5°C/min的速率升温至400?500°C，保温.30min?60min，再以1?2°C/min的速率升温到500°C?600°C，保温30min?60min，冷却，得到所述染料敏化太阳能电池光散射层。5.如权利要求4所述的染料敏化太阳能电池光散射层的制备方法，其特征在于:所述步骤A中Ti(S04)2、NH4F和⑶(順2)2用量摩尔比例为0.1?1:0.1?2:0.1?2。6.如权利要求4所述的染料敏化太阳能电池光散射层的制备方法，其特征在于:所述步骤A中干燥条件为在真空干燥箱中60°C?100°C干燥8h?24h。7.如权利要求4所述的染料敏化太阳能电池光散射层的制备方法，其特征在于:所述步骤B中升温到400°C?600°C的升温速率为1?5°C/min。8.如权利要求4所述的染料敏化太阳能电池光散射层的制备方法，其特征在于:所述步骤C中流平剂采用松油醇。9.如权利要求4所述的染料敏化太阳能电池光散射层的制备方法，其特征在于:所述步骤C中造孔成膜剂采用乙基纤维素或羟甲基纤维素。10.如权利要求4所述的染料敏化太阳能电池光散射层的制备方法，其特征在于:所述步骤C中Ti02纳米管球粉末与分散剂、流平剂和造孔成膜剂质量比为0.1?1.0:4:1:1.0?.2.0。
【专利摘要】本发明公布了一种染料敏化太阳能电池光散射层，其包括依次层叠的P25纳米晶薄膜层和二氧化钛纳米管球层，所述TiO2纳米管球层由中间为空心球状、四周呈放射状的TiO2纳米管球粉末排列而成。所述染料敏化太阳能电池光散射层具有较大的比表面，增加了染料的吸附量，提高光电流，从而提高光电转换效率；水热合成的宏观微米尺寸的TiO2纳米管球大大增加了对太阳光的多次散射，提高了光阳极对太阳光的吸收；第三，TiO2纳米管球特殊一维纳米管通道提高了电子的迁移速率，减小了暗电流，从而提高了电池的光电转换效率。本发明提供了所述染料敏化太阳能电池光散射层的制备方法，合成的TiO2纳米管球尺寸均匀，工艺简单，可重复性强。
【IPC分类】H01G9/20, H01G9/042
【公开号】CN105489381
【申请号】CN201510759631
【发明人】赵丽, 王亚兰, 王世敏, 董兵海, 万丽, 王二静, 许祖勋
【申请人】湖北大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月10日
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