專(zhuān)利名稱(chēng)：一種染料敏化n 型摻雜二氧化鈦陽(yáng)極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電材料領(lǐng)域，尤其涉及一種染料敏化η型摻雜二氧化鈦陽(yáng)極。本發(fā)明還提供一種染料敏化η型摻雜二氧化鈦陽(yáng)極的制備方法。
背景技術(shù)：
自80年代以來(lái)，染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSCs)就已經(jīng)得到了科研工作者的關(guān)注， 1991年，瑞士洛桑高等工業(yè)學(xué)校的Μ. Gratzel教授及其研究小組成員在多孔電極染料敏化研究方面取得了重大突破，他們利用過(guò)渡金屬釕的有機(jī)配合物染料作為光敏劑，敏化多孔的二氧化鈦(TiO2)薄膜電極作為光陽(yáng)極，然后利用碘和碘化鋰作為電解質(zhì)，鉬電極作為對(duì)電極而組裝成一種新型的太陽(yáng)能電池-染料敏化太陽(yáng)能電池，在AMI. 5，100mff/cm2模擬太陽(yáng)光的照射下，得到了 7. 7. 9%的光電轉(zhuǎn)換效率。1993年，M. Gratzel等人再次報(bào)道了光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)10%的染料敏化納米太陽(yáng)能電池。1997年光電轉(zhuǎn)換效率進(jìn)一步提高到 10 11%，短路電流為18mA/cm2，開(kāi)路電壓為720mV。至此，染料敏化太陽(yáng)能電池引起了全世界的關(guān)注。染料敏化太陽(yáng)能電池主要由透明導(dǎo)電基片、多孔納米晶薄膜、敏化劑、電解質(zhì)(Γ/ 13_)溶液和透明對(duì)電極組成。其光電轉(zhuǎn)換機(jī)理為太陽(yáng)光照射到電池上，染料分子吸收太陽(yáng)光能量，使染料分子中的電子受激躍遷到激發(fā)態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的電子將會(huì)快速注入到TiA 導(dǎo)帶中，染料分子因失去電子變成氧化態(tài)。注入到TiO2導(dǎo)帶中的電子在TiO2膜中迅速傳輸，瞬間到達(dá)膜與導(dǎo)電玻璃的接觸面，并在導(dǎo)電基片上富集，通過(guò)外電路流向?qū)﹄姌O。處于氧化態(tài)的染料分子，由電解質(zhì)(Γ/ι3_)溶液中的電子供體(Γ)提供電子而回到基態(tài)，染料分子得以再生。電解質(zhì)溶液中的電子供體(還原劑)在提供電子以后擴(kuò)散到對(duì)電極，得到電子而還原。從而，完成一個(gè)光電化學(xué)反應(yīng)循環(huán)。多孔納米晶薄膜是連接染料和導(dǎo)電基體的“中間橋梁”，起到錨定染料，接收染料中的電子并傳遞到導(dǎo)電基體的作用。因此，緊密結(jié)合更多的敏化劑，快速輸送光生電子是納米多孔薄膜必須具備的性能。在DSSCs中常用的納米半導(dǎo)體材料主要是銳鈦型的TiO2，這主要是因?yàn)門(mén)iA的能級(jí)和帶隙適合制備DSSCs，且銳鈦型TiO2具有孔隙率高、比表面積大的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一方面有利于吸附更多的染料分子；另一方面可使太陽(yáng)光在薄膜內(nèi)部晶粒間的多次反射，從而加強(qiáng)了材料對(duì)光的吸收。但是，在染料注入到陽(yáng)極的過(guò)程中，會(huì)存在電子與電解液中的空穴復(fù)合的現(xiàn)象 (暗電流現(xiàn)象)，這對(duì)于能量轉(zhuǎn)換效率來(lái)說(shuō)是不利的，目前有很多的方法來(lái)修飾陽(yáng)極，其目的就是在陽(yáng)極與電解液之間形成一種阻礙來(lái)盡可能的抑制TiO2與電解液之間的電荷再生， 使更多的電子通過(guò)外電路到達(dá)對(duì)電極，形成有效的光電循環(huán)過(guò)程。主要的方法是通過(guò)在 TiO2半導(dǎo)體陽(yáng)極中加入五氧化二鈮(Nb2O5)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎂(MgO)或氧化鋁(Al2O3) 等來(lái)修飾陽(yáng)極表面，在陽(yáng)極與電解液之間形成一種障礙，抑制Ti02的電子與電解液中的空穴復(fù)合所產(chǎn)生的暗電流，從而提高能量轉(zhuǎn)換效率。這些方法的目的都是抑制電子和空穴的復(fù)合，并沒(méi)有從根本上解決電子注入到TiO2中的問(wèn)題，TiO2與激發(fā)態(tài)之間的勢(shì)壘依然較大，電子注入和傳輸依然沒(méi)有得到很大的改善。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種可以提高光電轉(zhuǎn)換效率的染料敏化η型摻雜二氧化鈦陽(yáng)極。染料敏化η型摻雜二氧化鈦陽(yáng)極，包括導(dǎo)電基底，在所述導(dǎo)電基底的表面涂覆一層染料敏化η型摻雜二氧化鈦薄膜層，該薄膜層中含有Cs的源化合物；所述導(dǎo)電基底為銦錫氧化物(ITO)玻璃、摻氟的氧化錫(FTO)玻璃、摻鋁的氧化鋅(AZO)玻璃或者摻銦的氧化鋅(IZO)玻璃中的至少一種；所述Cs的源化合物與TW2的質(zhì)量比是0. 05 1 1 1。上述染料敏化η型摻雜二氧化鈦陽(yáng)極的制備方法，其步驟如下將TW2顆粒加入溶劑中，制得TW2的固含量為10% 40%的膠體；往上述膠體中依次加入乳化劑和分散劑，隨后研磨處理，制得TiA凝膠溶液；將Cs的源化合物加入到上述制得的TiA凝膠溶液中，攪拌，制得含Cs元素的混合凝膠溶液；將上述制得含Cs元素的混合凝膠溶液涂覆在洗凈后的導(dǎo)電基底上，然后將涂覆有混合凝膠溶液的導(dǎo)電基底進(jìn)行于450°C熱處理30min，冷卻后，制得所述的染料敏化η型摻雜二氧化鈦陽(yáng)極。所述的制備方法，其中，TiO2顆粒的粒徑為20 200nm ；溶劑為蒸餾水、乙醇、正丁
醇、松油醇或異丙醇中的至少一種。所述的制備方法，其中，乳化劑為0P-10型乳化劑，乳化劑在膠體中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5% 5% ；分散劑為乙酰丙酮，所述分散劑在膠體中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為 10%。所述的制備方法，其中，Cs的源化合物碳酸銫、疊氮化銫、氯化銫、溴化銫或碘化銫中的至少一種。所述的制備方法，其中，所述Cs的源化合物的質(zhì)量與TiO2的質(zhì)量比是0.05 1
1 1所述的制備方法，其中，洗凈的導(dǎo)電基底是采用如下處理過(guò)程得到的將導(dǎo)電基底剪裁成所需要的大小，依次用洗潔精，去離子水，丙酮，乙醇，異丙醇清洗導(dǎo)電基底；將清洗后的導(dǎo)電基底放入摩爾濃度為10 40mM/L的TiCljK溶液中作浸泡處理， 處理時(shí)間為0. 5h 12h，溫度為25 75°C ；浸泡處理完后，多次用無(wú)水乙醇沖洗干凈導(dǎo)電基底，備用。所述的制備方法，其中，導(dǎo)電基底為銦錫氧化物玻璃、摻氟的氧化錫玻璃、摻鋁的氧化鋅玻璃或者摻銦的氧化鋅玻璃中的一種。本發(fā)明通過(guò)η 摻雜，使TiO2的能級(jí)發(fā)生改變，從而提高電子從激發(fā)態(tài)注入到TW2 導(dǎo)帶的速率以及電子在TiO2的傳輸速率Cs化合物的LUMO能級(jí)一般都較高(約2. 7ev)， 摻雜后可有效的使TiO2的能級(jí)得到提高，與染料激發(fā)態(tài)的電子之間的勢(shì)壘變小，有利于電子的注入，且其性質(zhì)穩(wěn)定，不易與氧氣發(fā)生反應(yīng)；同時(shí)，由于是η摻雜，因此TW2電導(dǎo)率也得到明顯的提高，可進(jìn)一步的提高電子傳輸能力，使更多的電子通過(guò)外電路被對(duì)電極收集，提高了電流密度和能量轉(zhuǎn)換效率。


圖1是本發(fā)明染料敏化η型摻雜二氧化鈦陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明染料敏化η型摻雜二氧化鈦陽(yáng)極的制備工藝流程圖；圖3為本發(fā)明染料敏化η型摻雜二氧化鈦陽(yáng)極的能級(jí)圖；其中，虛線代表的是摻雜之后T^2的LUMO能級(jí)變化；Cs+M代表的是Cs的源化合物；圖4是實(shí)施例1中用Cs2CO3摻雜TW2為陽(yáng)極與常用的不經(jīng)摻雜的TiO2為陽(yáng)極制備的器件電流-電壓曲線。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的一種染料敏化η型摻雜二氧化鈦陽(yáng)極，如圖1所示，包括導(dǎo)電基底 12，在所述導(dǎo)電基底的表面涂覆一層厚度為10 15 μ m的染料敏化η型摻雜二氧化鈦薄膜層11，該薄膜層中含有Cs的源化合物；其中，導(dǎo)電基底為銦錫氧化物(ITO)玻璃、摻氟的氧化錫(FTO)玻璃、摻鋁的氧化鋅(AZO)玻璃或者摻銦的氧化鋅(IZO)玻璃中的一種；Cs的源化合物的質(zhì)量與TiO2的質(zhì)量比是0.05 1 1 1，且Cs的源化合物為碳酸銫(Cii2CO3)、 疊氮化銫(CsN3)、氯化銫(CsCl)、溴化銫(CsBr)或碘化銫(CsI)中的至少一種。上述染料敏化η型摻雜二氧化鈦陽(yáng)極的制備方法，如圖2所示，其步驟如下Si、稱(chēng)取粒徑為20 200nm的TW2顆粒，加入一定量的溶劑，制得TW2的固含量為10% 40%的膠體；S2、往步驟Sl制得的膠體中依次加入乳化劑(如，0P-10型乳化劑)和分散劑(如乙酰丙酮)，隨后研磨30 60min，制得TiO2凝膠溶液；其中，乳化劑在膠體中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 5% 5%，分散劑在膠體中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為 10% ；S3、將Cs的源化合物加入到步驟S2中制得的T^2凝膠溶液中，攪拌，制得含Cs元素的混合凝膠溶液；其中，Cs的源化合物的質(zhì)量與TiO2的質(zhì)量比是0.05 1 1 1;S4、將導(dǎo)電基底剪裁成所需要的大小，依次用洗潔精，去離子水，丙酮，乙醇，異丙醇清洗導(dǎo)電基底，將清洗后的導(dǎo)電基底放入摩爾濃度為10 40mM/L的TiCl4水溶液中作浸泡處理，處理時(shí)間為0. 5h 12h，溫度為25 75°C;浸泡處理完后，多次用無(wú)水乙醇沖洗干凈導(dǎo)電基底，備用；S5、將步驟S3中制得含Cs元素的混合凝膠溶液以刮涂方式涂覆在步驟S4中清洗后的導(dǎo)電基底上，然后置于馬弗爐中以450°C熱處理30min，冷卻至室溫，制得所述的染料敏化η型摻雜二氧化鈦陽(yáng)極。上述制備方法的Sl中，溶劑為蒸餾水、乙醇、正丁醇、松油醇或異丙醇中的至少一種。上述制備方法的S3中，Cs的源化合物碳酸銫、疊氮化銫、氯化銫、溴化銫或碘化銫中的至少一種。上述制備方法的S4中，導(dǎo)電基底為銦錫氧化物玻璃、摻氟的氧化錫玻璃、摻鋁的氧化鋅玻璃或者摻銦的氧化鋅玻璃中的一種。本發(fā)明通過(guò)η摻雜，使TW2的能級(jí)發(fā)生改變，從而提高電子從激發(fā)態(tài)注入到TW2 導(dǎo)帶的速率以及電子在T^2的傳輸速率=Cs化合物的LUMO能級(jí)一般都較高(約2. 7ev)，摻雜后可有效的使T^2的能級(jí)得到提高，如圖3所示，與染料激發(fā)態(tài)的電子之間的勢(shì)壘變小， 有利于電子的注入，且其性質(zhì)穩(wěn)定，不易與氧氣發(fā)生反應(yīng)；同時(shí)，由于是η摻雜，因此TW2電導(dǎo)率也得到明顯的提高，可進(jìn)一步的提高電子傳輸能力，使更多的電子通過(guò)外電路被對(duì)電極收集，提高了電流密度和能量轉(zhuǎn)換效率，如圖4所示。如圖3所示，從上圖我們可以看到，經(jīng)過(guò)摻雜的TiO2，其LUMO能級(jí)得到提高，與染料激發(fā)態(tài)間的勢(shì)壘變小，使電子可以有效的從激發(fā)態(tài)注入到TiO2導(dǎo)帶。而摻雜后的TiO2，其電導(dǎo)率得到提高，因此，也加強(qiáng)了電子的傳輸能力，而染料敏化太陽(yáng)能電池器件的光電轉(zhuǎn)換原理是由于激發(fā)態(tài)的電子注入到TW2中并且快速的傳輸?shù)酵怆娐罚⒈粚?duì)電極收集，然后與電解質(zhì)中的還原劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而形成一個(gè)有效的光電轉(zhuǎn)換過(guò)程。而電子的注入以及在陽(yáng)極上的傳輸能力，則對(duì)最終的光電性能產(chǎn)生很大的影響，本發(fā)明通過(guò)η型摻雜， 降低了注入勢(shì)壘，使電子注入到TiO2的效率得到提高，并且進(jìn)行快速的傳輸，有效的提高了器件的光電轉(zhuǎn)換效率。下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1用蒸餾水作為溶劑，配置固含量為15%的TW2(TiC)2顆粒的粒徑為50nm)膠體，依次加入0P-10型乳化劑和乙酰丙酮，控制0P-10型乳化劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 5%，乙酰丙酮的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1%，研磨30min，將Cs2CO3加入到膠體中，其與TiO2的質(zhì)量比0. 1 1，充分?jǐn)嚢韬髠溆谩TO玻璃裁成所需要的面積大小，然后依次用洗潔精，去離子水，丙酮，乙醇，異丙醇各超聲15min，清洗干凈后泡在摩爾濃度為40mM的TiCl4溶液中，加熱到60°C， 處理4h，主要作用是在導(dǎo)電基底表面形成一層Ti+，增強(qiáng)TW2與基底之間的連接能力。處理完后用無(wú)水乙醇沖洗干凈，放在馬弗爐中，在450°C下煅燒30min后，自然冷卻到室溫；將上述膠體刮涂在處理過(guò)的FTO上，然后放在450°C馬弗爐中煅燒60min，冷卻到室溫，得到一層 IOym的薄膜，然后再放在40mM的TiCl4溶液中，加熱到75°C，處理0. 5h，目的是使TW2薄膜致密性更好，染料可以更好的錨定在TW2薄膜中。處理完后用無(wú)水乙醇沖洗干凈烘干， 得到所需的染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極。附圖4是實(shí)施例1中用Cs2CO3摻雜TW2為陽(yáng)極與常用的不經(jīng)摻雜的TW2為陽(yáng)極制備的器件電流 電壓曲線；其中，電流 電壓曲線的測(cè)試中，染料敏化劑采用N719，還可采用N3、黑染料或者一些高效的三苯胺類(lèi)染料；電解質(zhì)采用含有0.5M KI、0.05M I2的液態(tài)電解質(zhì)。還可采用聚合物電解質(zhì)；對(duì)電極采用鉬對(duì)電極、金對(duì)電極或者一些碳材料制備的對(duì)電極。從圖上可以看到，未經(jīng)摻雜的普通器件，其電流密度為11. 17mA/cm2,電壓為 0. 78V，而經(jīng)過(guò)Cs2CO3摻雜后的器件的電流密度提高到了 11. 83mA/cm2,電壓為0. 81V，這說(shuō)明，經(jīng)過(guò)摻雜，降低了激發(fā)態(tài)電子與TW2間的勢(shì)壘，提高了激發(fā)態(tài)電子注入到Tio2的效率， 最終使器件的能量轉(zhuǎn)換效率得到了增強(qiáng)，未經(jīng)摻雜的器件能量轉(zhuǎn)換效率為5.6%，Cs2C03· 雜的器件能量轉(zhuǎn)換效率為6. 2%。實(shí)施例2用蒸餾水作為溶劑，配置固含量為30%的TW2(TiC)2顆粒的粒徑為20nm)膠體，依次加入0P-10型乳化劑和乙酰丙酮，控制0P-10型乳化劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1. 5%，乙酰丙酮的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%，研磨30min，將Cs2CO3加入到膠體中，其與TiO2的質(zhì)量比0.3 1，充分?jǐn)嚢韬髠溆谩TO玻璃裁成所需要的面積大小，然后依次用洗潔精，去離子水，丙酮，乙醇，異丙醇各超聲15min，清洗干凈后泡在摩爾濃度為40mM的TiCl4溶液中，加熱到75°C， 處理0. 5h，處理完后用無(wú)水乙醇沖洗干凈，放在馬弗爐中，在600°C下煅燒30min后，自然冷卻到室溫；將上述膠體刮涂在處理過(guò)的FTO上，然后放在450°C馬弗爐中煅燒30min，冷卻到室溫，得到一層10 μ m的薄膜，然后再放在40mM的TiCl4溶液中，加熱到75°C，處理0. 5h， 處理完后用無(wú)水乙醇沖洗干凈烘干，得到所需的染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極。實(shí)施例3用無(wú)水乙醇作為溶劑，配置固含量為25%的TW2(TiC)2顆粒的粒徑為IOOnm)膠體， 依次加入0P-10型乳化劑和乙酰丙酮，控制0P-10型乳化劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%，乙酰丙酮的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%，研磨30min，將Cs2CO3加入到膠體中，其與TiO2的質(zhì)量比0.5 1，充分?jǐn)嚢韬髠溆?。將FTO玻璃裁成所需要的面積大小，然后依次用洗潔精，去離子水，丙酮， 乙醇，異丙醇各超聲15min，清洗干凈后泡在摩爾濃度為IOmM的TiCl4溶液中，25°C下浸泡 12h，處理完后用無(wú)水乙醇沖洗干凈，放在馬弗爐中，在450 V下煅燒30min后，自然冷卻到室溫；將上述膠體刮涂在處理過(guò)的FTO上，然后放在450°C馬弗爐中煅燒30min，冷卻到室溫，得到一層Ilym的薄膜，然后再放在IOmM的TiCl4溶液中，室溫浸泡12h，處理完后用無(wú)水乙醇沖洗干凈烘干，得到所需的染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極。實(shí)施例4用無(wú)水乙醇作為溶劑，配置固含量為20%的TW2(TiC)2顆粒的粒徑為200nm)膠體， 依次加入0P-10型乳化劑和乙酰丙酮，控制0P-10型乳化劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%，乙酰丙酮的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%，研磨30min，將CsCl加入到膠體中，其與TiO2的質(zhì)量比0.2 1，充分?jǐn)嚢韬髠溆?。將ITO玻璃裁成所需要的面積大小，然后依次用洗潔精，去離子水，丙酮，乙醇，異丙醇各超聲15min，清洗干凈后泡在摩爾濃度為40mM的TiCl4溶液中，加熱到75°C， 處理0. 5h，處理完后用無(wú)水乙醇沖洗干凈，放在馬弗爐中，在450°C下煅燒30min后，自然冷卻到室溫；將上述膠體刮涂在處理過(guò)的ITO上，然后放在450°C馬弗爐中煅燒30min，冷卻到室溫，得到一層Ilym的薄膜，然后再放在40mM的TiCl4溶液中，加熱到75°C，處理0. 5h， 處理完后用無(wú)水乙醇沖洗干凈烘干，得到所需的染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極。實(shí)施例5用松油醇作為溶劑，配置固含量為35%的TW2(TiC)2顆粒的粒徑為150nm)膠體，依次加入0P-10型乳化劑和乙酰丙酮，控制0P-10型乳化劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為3%，乙酰丙酮的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%，研磨30min，將CsCl加入到膠體中，其與1102的質(zhì)量比0.5 1，充分?jǐn)嚢韬髠溆?。將ITO玻璃裁成所需要的面積大小，然后依次用洗潔精，去離子水，丙酮，乙醇， 異丙醇各超聲15min，清洗干凈后泡在摩爾濃度為20mM的TiCl4溶液中，加熱到50°C，處理 Ih,處理完后用無(wú)水乙醇沖洗干凈，放在馬弗爐中，在4500C下煅燒30min后，自然冷卻到室溫；將上述膠體刮涂在處理過(guò)的ITO上，然后放在450°C馬弗爐中煅燒30min，冷卻到室溫， 得到一層12 μ m的薄膜，然后再放在20mM的TiCl4溶液中，加熱到50°C，處理lh，處理完后用無(wú)水乙醇沖洗干凈烘干，得到所需的染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極。實(shí)施例6用正丁醇作為溶劑，配置固含量為10%的TW2CTiA顆粒的粒徑為190nm)膠體， 依次加入0P-10型乳化劑和乙酰丙酮，控制0P-10型乳化劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%，乙酰丙酮的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10%，研磨30min，將CsN3加入到膠體中，其與TiO2的質(zhì)量比0.05 1，充分?jǐn)嚢韬髠溆?。將AZO玻璃裁成所需要的面積大小，然后依次用洗潔精，去離子水，丙酮，乙醇，異丙醇各超聲15min，清洗干凈后泡在摩爾濃度為IOmM的TiCl4溶液中，加熱到40°C， 處理5h，處理完后用無(wú)水乙醇沖洗干凈，放在馬弗爐中，在450°C下煅燒30min后，自然冷卻到室溫；將上述膠體刮涂在處理過(guò)的AZO上，然后放在450°C馬弗爐中煅燒30min，冷卻到室溫，得到一層13 μ m的薄膜，然后再放在IOmM的TiCl4溶液中，加熱到40°C，處理5h，處理完后用無(wú)水乙醇沖洗干凈烘干，得到所需的染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極。實(shí)施例7用正丁醇作為溶劑，配置固含量為18%的TW2膠體，依次加入0P-10型乳化劑和乙酰丙酮，控制0P-10型乳化劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1%，乙酰丙酮的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為7%，研磨 30min，將CsN3加入到膠體中，其與TiO2的質(zhì)量比0.3 1，充分?jǐn)嚢韬髠溆?。將IZO玻璃裁成所需要的面積大小，然后依次用洗潔精，去離子水，丙酮，乙醇，異丙醇各超聲15min，清洗干凈后泡在摩爾濃度為30mM的TiCl4溶液中，加熱到60°C，處理3h，處理完后用無(wú)水乙醇沖洗干凈，放在馬弗爐中，在450°C下煅燒30min后，自然冷卻到室溫；將上述膠體刮涂在處理過(guò)的IZO上，然后放在450°C馬弗爐中煅燒30min，冷卻到室溫，得到一層15μπι的薄膜，然后再放在30mM的TiCl4溶液中，加熱到60°C，處理3h，處理完后用無(wú)水乙醇沖洗干凈烘干， 得到所需的染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極。實(shí)施例8用異丙醇作為溶劑，配置固含量為40%的TW2 (TiO2顆粒的粒徑為30nm)膠體，依次加入0P-10型乳化劑和乙酰丙酮，控制0P-10型乳化劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%，乙酰丙酮的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%，研磨30min，將CsI加入到膠體中，其與TiO2的質(zhì)量比1 1，充分?jǐn)嚢韬髠溆谩TO玻璃裁成所需要的面積大小，然后依次用洗潔精，去離子水，丙酮，乙醇，異丙醇各超聲15min，清洗干凈后泡在摩爾濃度為40mM的TiCl4溶液中，25°C浸泡12h，處理完后用無(wú)水乙醇沖洗干凈，放在馬弗爐中，在450°C下煅燒30min后，自然冷卻到室溫；將上述膠體刮涂在處理過(guò)的FTO上，然后放在450°C馬弗爐中煅燒30min，冷卻到室溫，得到一層 15 μ m的薄膜，然后再放在40mM的TiCl4溶液中，室溫浸泡10h，處理完后用無(wú)水乙醇沖洗干凈烘干，得到所需的染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極。實(shí)施例9用正丁醇作為溶劑，配置固含量為10%的TW2CTiA顆粒的粒徑為80nm)膠體，依次加入0P-10型乳化劑和乙酰丙酮，控制0P-10型乳化劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%，乙酰丙酮的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為8%，研磨30min，將CsI加入到膠體中，其與1102的質(zhì)量比1 1，充分?jǐn)嚢韬髠溆?。將ITO玻璃裁成所需要的面積大小，然后依次用洗潔精，去離子水，丙酮，乙醇，異丙醇各超聲15min，清洗干凈后泡在摩爾濃度為40mM的TiCl4溶液中，加熱到75°C，處理0. 5h， 處理完后用無(wú)水乙醇沖洗干凈，放在馬弗爐中，在450°C下煅燒30min后，自然冷卻到室溫； 將上述膠體刮涂在處理過(guò)的ITO上，然后放在450°C馬弗爐中煅燒30min，冷卻到室溫，得到一層10 μ m的薄膜，然后再放在40mM的TiCl4溶液中，加熱到75°C，處理0. 5h，處理完后用無(wú)水乙醇沖洗干凈烘干，得到所需的染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極。應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例的表述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利保護(hù)范圍的限制，本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種染料敏化η型摻雜二氧化鈦陽(yáng)極的制備方法，包括如下步驟將TW2顆粒加入溶劑中，制得TW2的固含量為 40%的膠體；往上述膠體中依次加入乳化劑和分散劑，隨后研磨處理，制得TW2凝膠溶液；將Cs的源化合物加入到上述制得的TW2凝膠溶液中，攪拌，制得含Cs元素的混合凝膠溶液；將上述制得含Cs元素的混合凝膠溶液制備在洗凈后的導(dǎo)電基底上，然后將涂覆有混合凝膠溶液的導(dǎo)電基底進(jìn)行于熱處理，冷卻后，制得所述的染料敏化η型摻雜二氧化鈦陽(yáng)極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述TiO2顆粒的粒徑為20 200nm； 所述溶劑為蒸餾水、乙醇、正丁醇、松油醇或異丙醇中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述乳化劑為0P-10型乳化劑，所述乳化劑在膠體中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 5% 5% ；所述分散劑為乙酰丙酮，所述分散劑在膠體中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為 10%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述Cs的源化合物碳酸銫、疊氮化銫、氯化銫、溴化銫或碘化銫中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的制備方法，其特征在于，所述Cs的源化合物與TiO2的質(zhì)量比是0. 05 1 1 1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述洗凈的導(dǎo)電基底是采用如下處理過(guò)程得到的依次用洗潔精，去離子水，丙酮，乙醇，異丙醇清洗導(dǎo)電基底；將清洗后的導(dǎo)電基底放入摩爾濃度為10 40mM/L的TiCl4水溶液中作浸泡處理，處理時(shí)間為0. 5h 12h，溫度為25 75°C ；浸泡處理完后，多次用無(wú)水乙醇沖洗干凈導(dǎo)電基底，備用。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的制備方法，其特征在于，所述導(dǎo)電基底為銦錫氧化物玻璃、摻氟的氧化錫玻璃、摻鋁的氧化鋅玻璃或者摻銦的氧化鋅玻璃中的至少一種。
8.一種染料敏化η型摻雜二氧化鈦陽(yáng)極，其特征在于，該二氧化鈦陽(yáng)極包括導(dǎo)電基底， 在所述導(dǎo)電基底的表面涂覆一層染料敏化η型摻雜二氧化鈦薄膜層，該薄膜層中含有Cs的源化合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的染料敏化η型摻雜二氧化鈦陽(yáng)極，其特征在于，所述導(dǎo)電基底為銦錫氧化物玻璃、摻氟的氧化錫玻璃、摻鋁的氧化鋅玻璃或者摻銦的氧化鋅玻璃中的一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的染料敏化η型摻雜二氧化鈦陽(yáng)極，其特征在于，所述Cs的源化合物的質(zhì)量與TiO2的質(zhì)量比是0.05 1 1 1。
全文摘要
本發(fā)明屬于發(fā)光材料領(lǐng)域，其公開(kāi)了一種染料敏化n型摻雜二氧化鈦陽(yáng)極及其制備方法；該染料敏化n型摻雜二氧化鈦陽(yáng)極包括導(dǎo)電基底，在導(dǎo)電基底的表面涂覆一層染料敏化n型摻雜二氧化鈦薄膜層，該薄膜層中含有Cs的源化合物。本發(fā)明通過(guò)n～摻雜，使TiO2的能級(jí)發(fā)生改變，從而提高電子從激發(fā)態(tài)注入到TiO2導(dǎo)帶的速率以及電子在TiO2的傳輸速率；同時(shí)，由于是n～摻雜，因此TiO2電導(dǎo)率也得到明顯的提高，可進(jìn)一步的提高電子傳輸能力，使更多的電子通過(guò)外電路被對(duì)電極收集，提高了電流密度和能量轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)H01L51/48GK102568844SQ20101060331
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者周明杰, 王平, 陳吉星, 黃輝 申請(qǐng)人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司