專利名稱：一種稀土氟化物納米晶/TiO₂復(fù)合光陽極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種染料敏化太陽能電池的復(fù)合光陽極及其制備方法。
背景技術(shù)：
染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized Solar Cells，簡稱為DSSCs)以其低廉的成本、簡單的工藝和易于重復(fù)等優(yōu)點，受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。染料敏化的半導(dǎo)體光陽極是DSSCs的關(guān)鍵部分，在很大程度上決定了 DSSCs的光電轉(zhuǎn)化效率。目前通常使用的染料為聯(lián)吡啶釕系列化合物，它們的吸收范圍主要在400 600nm之間，對于長波可見光和占太陽光全部能量43 %的紅外光吸收較弱，這在一定程度上限制了 DSSCs光電轉(zhuǎn)換效率的進一步提高。通過拓寬染料的光譜響應(yīng)范圍、優(yōu)化半導(dǎo)體表面結(jié)構(gòu)和組成、加強染料與半導(dǎo)體之間的結(jié)合能明顯增強光的吸收，降低電荷復(fù)合，加快電子的注入與傳輸。半導(dǎo)體光陽極作為染料吸附的載體和光生電子傳輸?shù)耐ǖ溃恢币詠硎荄SSCs領(lǐng)域研究的焦點。大量研究表明，通過窄禁帶半導(dǎo)體復(fù)合、貴金屬沉積以及金屬離子摻雜等手段對TiO2光陽極進行修飾改性，可以改變非平衡載流子的產(chǎn)生機制，使產(chǎn)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(zhuǎn)化效率。特別是稀土離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性為DSSCs光響應(yīng)頻帶向長波方向大幅度地拓寬提供了可能。林建明等人將TiO2IEr3+上轉(zhuǎn)換發(fā)光層組裝在DSSCs中，使電池不能吸收利用的紅外光轉(zhuǎn)化為可以充分吸收的可見光，提高了太陽能的利用率。吳季懷等人將TiO2 = Er3+Ab3+上轉(zhuǎn)換發(fā)光粉應(yīng)用于DSSCs中，提高了光電轉(zhuǎn)化效率。但是，由于稀土離子有較大的離子半徑，難以進入T^2晶格，主要存在于T^2表面，導(dǎo)致表面的稀土離子摻雜濃度過高，引起熒光濃度猝滅效應(yīng)。表面態(tài)也可能成為熒光的猝滅中心，降低了稀土離子的發(fā)光強度。此外，TiO2的聲子能量較高，稀土離子的無輻射躍遷損失很大，大大降低了上轉(zhuǎn)換效率，不能充分發(fā)揮稀土離子上轉(zhuǎn)換的優(yōu)勢。因此現(xiàn)有的稀土納米晶/TiA復(fù)合光陽極存在對光的吸收率低、上轉(zhuǎn)換效率低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有的稀土納米晶/TiO2復(fù)合光陽極存在對光的吸收率低、上轉(zhuǎn)換效率低的問題，而一種稀土氟化物納米晶/TiO2復(fù)合光陽極及其制備方法。一種稀土氟化物納米晶/TiA復(fù)合光陽極由稀土氟化物納米晶、商業(yè)TiA和FTO導(dǎo)電玻璃制成制備而成；所述的稀土氟化物納米晶與商業(yè)TiO2的質(zhì)量比為1 (10 1000)；所述的FTO導(dǎo)電玻璃的表面負載量為0. 5 3. Omg/cm2 ；所述的稀土氟化物納米晶由稀土鹽溶液、表面活性劑溶液和氟源溶液制成，其中所述的稀土鹽溶液中稀土鹽與表面活性劑溶液中表面活性劑的摩爾比為1 (0.1 10)，其中所述的稀土鹽溶液中稀土鹽與氟源溶液中F_的摩爾比為1 (0. 1 16)；所述的商業(yè)TiA為P25型納米二氧化鈦；所述的FTO導(dǎo)電玻璃為摻雜F的導(dǎo)電玻璃，厚度為1 5mm。
—種稀土氟化物納米晶/TiA復(fù)合光陽極的制備方法，具體是按以下步驟完成的一、制備稀土氟化物納米晶在溫度為40 90°C、攪拌速度為100 350r/min的條件下，將稀土鹽溶液、表面活性劑和氟源溶液混合到一起，并攪拌20min Mh，然后置于溫度為110 220°C的條件下溶劑熱處理2 48h，獲得白色沉淀物，將白色沉淀物用蒸餾水洗滌至濾液的PH值為7士0. 1，然后在溫度為60 80°C的條件下真空干燥3 Mh，獲得稀土氟化物納米晶；二、制備混合溶膠在攪拌速度為20 200r/min的室溫條件下將步驟一制備的稀土氟化物納米晶和商業(yè)TW2均勻混合制備成混合溶膠；三、成型采用刮涂法將步驟二制備的混合溶膠均勻涂在FTO導(dǎo)電玻璃表面，然后在溫度為60 80°C下干燥2 4h，在FTO導(dǎo)電玻璃表面形成白色固態(tài)膜，然后將表面帶有白色固態(tài)膜的FTO導(dǎo)電玻璃以1 200C /min的升溫速度升溫至400°C 500°C，并在400°C 500°C下焙燒20min lh，即得到稀土氟化物納米晶/T^2復(fù)合光陽極；步驟一中所述的所述的稀土鹽溶液中稀土鹽與表面活性劑溶液中表面活性劑的摩爾比為1 (0.1 10)；步驟一中所述的稀土鹽溶液中稀土鹽與氟源溶液中F—的摩爾比為1 (0.1 16)；步驟二中所述步驟一制備的稀土氟化物納米晶與商業(yè)TiA的質(zhì)量比為1 (10 1000)；步驟二中所述的商業(yè)TiA為P25型納米二氧化鈦；步驟三中所述的FTO導(dǎo)電玻璃的表面負載量為0. 5 3. Omg/cm2 ；步驟三中所述的FTO導(dǎo)電玻璃為摻雜F的導(dǎo)電玻璃，厚度為1 5mm。本發(fā)明的優(yōu)點一、本發(fā)明制備的稀土氟化物納米晶/TiA復(fù)合光陽極對光的吸收率比現(xiàn)有的稀土納米晶/TiA復(fù)合電極光陽極對光的吸收率提高了 0. 1%，本發(fā)明制備的稀土氟化物納米晶/TiA復(fù)合光陽極上轉(zhuǎn)換效率比現(xiàn)有的稀土納米晶/TiA復(fù)合電極光陽極上轉(zhuǎn)換效率提高了 ο. 1%; 二、本發(fā)明的制備工藝簡單、成本低、所需設(shè)備簡單、生產(chǎn)安全性強，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1是試驗一制備的稀土氟化物納米晶/TiA復(fù)合光陽極3500倍的電鏡掃描圖；圖2是試驗一制備的稀土氟化物納米晶/TiA復(fù)合光陽極的XRD衍射譜圖；圖3是采用試驗一制備的稀土氟化物納米晶/TiA復(fù)合光陽極組成染料敏化太陽能電池的光電流-光電壓曲線圖；圖4是試驗二制備的稀土氟化物納米晶/TiA復(fù)合光陽極10000倍的電鏡掃描圖；圖5是采用試驗二制備的稀土氟化物納米晶/TiA復(fù)合光陽極組成染料敏化太陽能電池的光電流-光電壓曲線圖；圖6是試驗三制備的稀土氟化物納米晶/TiA復(fù)合光陽極10000倍的電鏡掃描圖；圖7是采用試驗三制備的稀土氟化物納米晶/TiA復(fù)合光陽極組成染料敏化太陽能電池的光電流-光電壓曲線圖。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式一種稀土氟化物納米晶/TiA復(fù)合光陽極由稀土氟化物納米晶、商業(yè)TiA和FTO導(dǎo)電玻璃制成制備而成。本實施方式所述的稀土氟化物納米晶與商業(yè)TiO2的質(zhì)量比為1 (10 1000);本實施方式所述的FTO導(dǎo)電玻璃的表面負載量為0. 5 3. Omg/cm2。本實施方式所述的稀土氟化物納米晶由稀土鹽溶液、表面活性劑溶液和氟源溶液制成，其中所述的稀土鹽溶液中稀土鹽與表面活性劑溶液中表面活性劑的摩爾比為1 (0.1 10)，其中所述的稀土鹽溶液中稀土鹽與氟源溶液中F_的摩爾比為1 (0.1 16)；本實施方式所述的商業(yè)TiA為P25型納米二氧化鈦；本實施方式所述的FTO導(dǎo)電玻璃為摻雜F的導(dǎo)電玻璃，厚度為1 5mm。本實施方式制備的稀土氟化物納米晶/TiA復(fù)合光陽極對光的吸收率比現(xiàn)有的稀土納米晶/TiA復(fù)合電極光陽極對光的吸收率提高了 0. 1%，本實施方式制備的稀土氟化物納米晶/TiA復(fù)合光陽極上轉(zhuǎn)換效率比現(xiàn)有的稀土納米晶/TiA復(fù)合電極光陽極上轉(zhuǎn)換效率提高了 0. 1%。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一的不同點是所述的稀土鹽溶液為稀土硝酸鹽溶液或稀土氯化物溶液，其中所述的稀土硝酸鹽溶液中溶質(zhì)選自硝酸釔、硝酸鈧、硝酸鑭、硝酸鈰、硝酸鐠、硝酸釹、硝酸釤、硝酸銪、硝酸釓、硝酸鋱、硝酸鏑、硝酸鈥、硝酸鉺、硝酸銩、硝酸鐿和硝酸镥，溶劑選自水、乙醇和乙二醇；其中所述的稀土氯化物溶液中溶質(zhì)選自氯化釔、氯化鈧、氯化鑭、氯化鈰、氯化鐠、氯化釹、氯化釤、氯化銪、氯化釓、氯化鋱、氯化鏑、氯化鈥、氯化鉺、氯化銩、氯化鐿和氯化镥，溶劑選自水、乙醇和乙二醇。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二之一不同點是所述的表面活性劑溶液為離子表面活性劑溶液或非離子表面活性劑溶液；其中所述的離子表面活性劑溶液中溶質(zhì)選自十六烷基三甲基溴化銨、乙二胺四乙酸、十六烷基二甲基芐基溴化銨、十六醇聚氧乙烯醚基二甲基辛烷基氯化銨、十二醇聚氧乙烯醚基二甲基甲基氯化銨、辛基酚聚氧乙烯醚基二甲基癸烷基溴化銨、辛基酚聚氧乙烯醚基二甲基癸烷基氯化銨、十六醇聚氧乙烯醚基二甲基辛烷基氯化銨、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十六烷基苯磺酸鈉、十八烷基硫酸鈉、N-油?；嗫s氨基酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉和脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸單酯二鈉、椰油烷基二甲基氧化胺、月桂基二甲基氧化胺、EO2qPO7qEO2q(P123)、EO106PO70EO106(F127)、十二烷基二甲基氧化胺、十二烷基二羥乙基氧化胺、十四烷基二羥乙基氧化胺、十六烷基二羥乙基氧化胺、十八烷基二甲基氧化胺和十八烷基二羥乙基氧化胺，溶劑選自水、乙醇和乙二醇；其中所述的非離子表面活性劑溶液中溶質(zhì)選自聚乙烯基吡咯烷酮、丙二醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚、構(gòu)醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、聚氨酯聚氧丙烯聚氧丙烯醚、聚乙二醇單油酸酯、十八烷基乙烯脲、椰子油還原醇、十六醇、油醇、鯨蠟醇、壬基酚、辛基酚、辛基甲酚、甘油、季戊四醇、山梨醇、乙醇胺、異丙醇胺、蔗糖、月桂酸、椰子油脂肪酸、十四酸、棕櫚酸、油酸和硬脂酸，溶劑選自水、乙醇和乙二醇。其它與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同點是所述的氟源溶液選自氟陰離子鹽溶液、氟氫酸溶液或三氟乙酸溶液，其中所述的陰離子鹽溶液中溶質(zhì)為氟化銨、氟化氫銨、氟化鈉、氟化鋰、氟化銨與氟化氫銨任意比的混合溶質(zhì)、氟化銨與氟化鈉任意比的混合溶質(zhì)、氟化銨與氟化鋰任意比的混合溶質(zhì)、氟化氫銨與氟化鈉任意比的混合溶質(zhì)或氟化氫銨與氟化鋰任意比的混合溶質(zhì)，溶劑選自水、乙醇和乙二醇，其中所述的氟氫酸溶液的溶劑為水，其中所述的三氟乙酸溶液的溶劑為水。其它與具體實施方式
一至三相同。
具體實施方式
五本實施方式一種稀土氟化物納米晶/TW2復(fù)合光陽極的制備方法，具體是按以下步驟完成的一、制備稀土氟化物納米晶在溫度為40 90°C、攪拌速度為100 350r/min的條件下，將稀土鹽溶液、表面活性劑和氟源溶液混合到一起，并攪拌20min Mh，然后置于溫度為110 220°C的條件下溶劑熱處理2 48h，獲得白色沉淀物，將白色沉淀物用蒸餾水洗滌至濾液的PH值為7士0. 1，然后在溫度為60 80°C的條件下真空干燥3 Mh，獲得稀土氟化物納米晶；二、制備混合溶膠在攪拌速度為20 200r/min的室溫條件下將步驟一制備的稀土氟化物納米晶和商業(yè)TW2均勻混合制備成混合溶膠；三、成型采用刮涂法將步驟二制備的混合溶膠均勻涂在FTO導(dǎo)電玻璃表面，然后在溫度為60 80°C下干燥2 4h，在FTO導(dǎo)電玻璃表面形成白色固態(tài)膜，然后將表面帶有白色固態(tài)膜的FTO導(dǎo)電玻璃以1°C /min 20°C /min的升溫速度升溫至400°C 500°C，并在400°C 500°C下焙燒20min 60min，即得到稀土氟化物納米晶/11 復(fù)合光陽極。本實施方式步驟一中所述的所述的稀土鹽溶液中稀土鹽與表面活性劑溶液中表面活性劑的摩爾比為1 (0.1 10)；本實施方式步驟一中所述的稀土鹽溶液中稀土鹽與氟源溶液中F_的摩爾比為1 (0. 1 16)。本實施方式步驟二中所述步驟一制備的稀土氟化物納米晶與商業(yè)TW2的質(zhì)量比為1 (10 1000)；本實施方式步驟二中所述的商業(yè)TiA為P25型納米二氧化鈦。本實施方式步驟三中所述的FTO導(dǎo)電玻璃的表面負載量為0. 5 3. Og/cm2 ；本實施方式步驟三中所述的FTO導(dǎo)電玻璃為摻雜F的導(dǎo)電玻璃，厚度為1 5mm。本實施方式制備的稀土氟化物納米晶/TW2復(fù)合光陽極對光的吸收率比現(xiàn)有的稀土納米晶/T^2復(fù)合電極光陽極對光的吸收率提高了 ο. 1%，本實施方式制備的稀土氟化物納米晶/TW2復(fù)合光陽極上轉(zhuǎn)換效率比現(xiàn)有的稀土納米晶/TW2復(fù)合電極光陽極上轉(zhuǎn)換效率提高了 0. 1%。本實施方式的制備工藝簡單、成本低、所需設(shè)備簡單、生產(chǎn)安全性強，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。采用下述試驗驗證發(fā)明效果試驗一一種稀土氟化物納米晶/TW2復(fù)合光陽極的制備方法，具體是按以下步驟完成的一、制備稀土氟化物納米晶在溫度為40°C、攪拌速度為lOOr/min的條件下，將稀土鹽溶液、表面活性劑和氟源溶液混合到一起，并攪拌Mh，然后置于溫度為110°C的條件下溶劑熱處理48h，獲得白色沉淀物，將白色沉淀物用蒸餾水洗滌至濾液的PH值為7，然后在溫度為80°C的條件下真空干燥4h，獲得稀土氟化物納米晶；二、制備混合溶膠在攪拌速度為50r/min的室溫條件下將步驟一制備的稀土氟化物納米晶和商業(yè)TW2均勻混合制備成混合溶膠；三、成型采用刮涂法將步驟二制備的混合溶膠均勻涂在FTO導(dǎo)電玻璃表面，然后在溫度為80°C下干燥池，在FTO導(dǎo)電玻璃表面形成白色固態(tài)膜，然后將表面帶有白色固態(tài)膜的FTO導(dǎo)電玻璃以1°C /min的升溫速度升溫至450°C，并在450°C下焙燒30min，即得到稀土氟化物納米晶/T^2復(fù)合光陽極。本試驗步驟一中所述的所述的稀土鹽溶液中稀土鹽與表面活性劑溶液中表面活性劑的摩爾比為1 1 ；本試驗步驟一中所述的稀土鹽溶液中稀土鹽與氟源溶液中F—的摩爾比為1 12。本試驗步驟一中所述的稀土鹽溶液為稀土硝酸鹽溶液，其中所述的稀土硝酸鹽溶液中溶質(zhì)為硝酸釔，溶劑為水；本試驗步驟一中所述的表面活性劑溶液為離子表面活性劑溶液，其中所述的離子表面活性劑溶液中溶質(zhì)為乙二胺四乙酸，溶劑為水；本試驗步驟一中所述的氟源溶液為自氟陰離子鹽溶液，其中所述的陰離子鹽溶液中溶質(zhì)為氟化鈉，溶劑為水與乙醇按體積比為11混合的混合物。本試驗步驟二中所述步驟一制備的稀土氟化物納米晶與商業(yè)TW2的質(zhì)量比為1 10 ；本試驗步驟二中所述的商業(yè)TiO2 型納米二氧化鈦。本試驗步驟三中所述的FTO導(dǎo)電玻璃的表面負載量為2. 5mg/cm2 ；本試驗步驟三中所述的FTO導(dǎo)電玻璃為摻雜F的導(dǎo)電玻璃，厚度為3mm。對本試驗制備的稀土氟化物納米晶/TiA復(fù)合光陽極采用掃描電子顯微鏡進行掃描，得到3500倍的電鏡掃描圖1，通過圖1可以清晰的看到稀土氟化物納米晶顆粒的形貌均一，通過掃描電鏡進行測量，可知長度為ΙΟμπι。對本試驗制備的稀土氟化物納米晶/TiA復(fù)合光陽極進行XRD衍射驗證，得到XRD衍射譜圖2，通過圖2可知稀土氟化物納米晶/TiA復(fù)合光陽極中含有NaYF4 = Ln3+和Ti02。采用本試驗制備的稀土氟化物納米晶/11 復(fù)合光陽極組成染料敏化太陽能電池，并檢測該染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，得到光電流-光電壓曲線圖，如圖3所示，通過圖3可以計算得到該染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為7.5%。試驗二 一種稀土氟化物納米晶/11 復(fù)合光陽極的制備方法，具體是按以下步驟完成的一、制備稀土氟化物納米晶在溫度為90°C、攪拌速度為350r/min的條件下，將稀土鹽溶液、表面活性劑和氟源溶液混合到一起，并攪拌30min，然后置于溫度為220°C的條件下溶劑熱處理3h，獲得白色沉淀物，將白色沉淀物用蒸餾水洗滌至濾液的pH值為7，然后在溫度為60°C的條件下真空干燥20h，獲得稀土氟化物納米晶；二、制備混合溶膠在攪拌速度為200r/min的室溫條件下將步驟一制備的稀土氟化物納米晶和商業(yè)TW2均勻混合制備成混合溶膠；三、成型采用刮涂法將步驟二制備的混合溶膠均勻涂在FTO導(dǎo)電玻璃表面，然后在溫度為60°C下干燥4h，在FTO導(dǎo)電玻璃表面形成白色固態(tài)膜，然后將表面帶有白色固態(tài)膜的FTO導(dǎo)電玻璃以10°C /min的升溫速度升溫至450°C，并在450°C下焙燒50min，即得到稀土氟化物納米晶/T^2復(fù)合光陽極。本試驗步驟一中所述的所述的稀土鹽溶液中稀土鹽與表面活性劑溶液中表面活性劑的摩爾比為1 5 ；本試驗步驟一中所述的稀土鹽溶液中稀土鹽與氟源溶液中F—的摩爾比為1 5。本試驗步驟一中所述的稀土鹽溶液為稀土氯化物溶液，其中所述的稀土氯化物溶液中溶質(zhì)為氯化鉺，溶劑為水；本試驗步驟一中所述的表面活性劑溶液為離子表面活性劑溶液，其中所述的離子表面活性劑溶液中溶質(zhì)為十六烷基二甲基芐基溴化銨，溶劑為水與乙醇按體積比為1 1混合的混合物；本試驗步驟一中所述的氟源溶液為自氟陰離子鹽溶液，其中所述的陰離子鹽溶液中溶質(zhì)為氟化氫銨，溶劑為水。本試驗步驟二中所述步驟一制備的稀土氟化物納米晶與商業(yè)TW2的質(zhì)量比為1 1000 ；本試驗步驟二中所述的商業(yè)TiA為P25型納米二氧化鈦。本試驗步驟三中所述的FTO導(dǎo)電玻璃的表面負載量為2. 5mg/cm2 ；本試驗步驟三中所述的FTO導(dǎo)電玻璃為摻雜F的導(dǎo)電玻璃，厚度為3mm。對本試驗制備的稀土氟化物納米晶/TiA復(fù)合光陽極采用掃描電子顯微鏡進行掃描，得到10000倍的電鏡掃描圖4，通過圖4可以清晰的看到稀土氟化物納米晶顆粒的長度為 300nm ；采用本試驗制備的稀土氟化物納米晶/11 復(fù)合光陽極組成染料敏化太陽能電池，并檢測該染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，得到光電流-光電壓曲線圖，如圖5所示，通過圖5可以計算得到該染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為7. 1%。試驗三一種稀土氟化物納米晶/TW2復(fù)合光陽極的制備方法，具體是按以下步驟完成的一、制備稀土氟化物納米晶在溫度為70°C、攪拌速度為200r/min的條件下，將稀土鹽溶液、表面活性劑和氟源溶液混合到一起，并攪拌10h，然后置于溫度為170°C的條件下溶劑熱處理Mh，獲得白色沉淀物，將白色沉淀物用蒸餾水洗滌至濾液的pH值為7，然后在溫度為70°C的條件下真空干燥10h，獲得稀土氟化物納米晶；二、制備混合溶膠在攪拌速度為lOOr/min的室溫條件下將步驟一制備的稀土氟化物納米晶和商業(yè)TiO2均勻混合制備成混合溶膠；三、成型采用刮涂法將步驟二制備的混合溶膠均勻涂在FTO導(dǎo)電玻璃表面，然后在溫度為70°C下干燥池，在FTO導(dǎo)電玻璃表面形成白色固態(tài)膜，然后將表面帶有白色固態(tài)膜的FTO導(dǎo)電玻璃以20°C /min的升溫速度升溫至450°C，并在450°C下焙燒40min，即得到稀土氟化物納米晶/T^2復(fù)合光陽極。本試驗步驟一中所述的所述的稀土鹽溶液中稀土鹽與表面活性劑溶液中表面活性劑的摩爾比為1 2 ；本試驗步驟一中所述的稀土鹽溶液中稀土鹽與氟源溶液中F—的摩爾比為1 1。本試驗步驟一中所述的稀土鹽溶液為稀土硝酸鹽溶液，其中所述的稀土硝酸鹽溶液中溶質(zhì)為硝酸銪，溶劑為水；本試驗步驟一中所述的表面活性劑溶液為非離子表面活性劑溶液，其中所述的非離子表面活性劑溶液中溶質(zhì)為聚乙烯基吡咯烷酮，溶劑為乙二醇；本試驗步驟一中所述的氟源溶液為三氟乙酸溶液，其中所述的三氟乙酸溶液的溶劑為水。本試驗步驟二中所述步驟一制備的稀土氟化物納米晶與商業(yè)TW2的質(zhì)量比為1 500 ；本試驗步驟二中所述的商業(yè)TiO2型納米二氧化鈦。本試驗步驟三中所述的FTO導(dǎo)電玻璃的表面負載量為2. 5mg/cm2 ；本試驗步驟三中所述的FTO導(dǎo)電玻璃為摻雜F的導(dǎo)電玻璃，厚度為3mm。對本試驗制備的稀土氟化物納米晶/TW2復(fù)合光陽極采用掃描電子顯微鏡進行掃描，得到10000倍的電鏡掃描圖6，通過圖6可以清晰的看到稀土氟化物納米晶顆粒的長度為 50nm ；采用本試驗制備的稀土氟化物納米晶/11 復(fù)合光陽極組成染料敏化太陽能電池，并檢測該染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，得到光電流-光電壓曲線圖，如圖7所示，通過圖7可以計算得到該染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為7.2%。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
五的不同點是步驟一中所述的稀土鹽溶液為稀土硝酸鹽溶液或稀土氯化物溶液，其中所述的稀土硝酸鹽溶液中溶質(zhì)選自硝酸釔、硝酸鈧、硝酸鑭、硝酸鈰、硝酸鐠、硝酸釹、硝酸釤、硝酸銪、硝酸釓、硝酸鋱、硝酸鏑、硝酸鈥、硝酸鉺、硝酸銩、硝酸鐿和硝酸镥，溶劑選自水、乙醇和乙二醇；其中所述的稀土氯化物溶液中溶質(zhì)選自氯化釔、氯化鈧、氯化鑭、氯化鈰、氯化鐠、氯化釹、氯化釤、氯化銪、氯化釓、氯化鋱、氯化鏑、氯化鈥、氯化鉺、氯化銩、氯化鐿和氯化镥，溶劑選自水、乙醇和乙二
1醇。其它與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
五或六之一不同點是步驟一中所述的表面活性劑溶液為離子表面活性劑溶液或非離子表面活性劑溶液；其中所述的離子表面活性劑溶液中溶質(zhì)選自十六烷基三甲基溴化銨、乙二胺四乙酸、十六烷基二甲基芐基溴化銨、十六醇聚氧乙烯醚基二甲基辛烷基氯化銨、十二醇聚氧乙烯醚基二甲基甲基氯化銨、辛基酚聚氧乙烯醚基二甲基癸烷基溴化銨、辛基酚聚氧乙烯醚基二甲基癸烷基氯化銨、十六醇聚氧乙烯醚基二甲基辛烷基氯化銨、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十六烷基苯磺酸鈉、十八烷基硫酸鈉、N-油?；嗫s氨基酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉和脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸單酯二鈉、椰油烷基二甲基氧化胺、月桂基二甲基氧化胺、EO20PO70EO20(P 123)、EOici6PO7qEOiq6(F127)、十二烷基二甲基氧化胺、十二烷基二羥乙基氧化胺、十四烷基二羥乙基氧化胺、十六烷基二羥乙基氧化胺、十八烷基二甲基氧化胺和十八烷基二羥乙基氧化胺，溶劑選自水、乙醇和乙二醇；其中所述的非離子表面活性劑溶液中溶質(zhì)選自聚乙烯基吡咯烷酮、丙二醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚、構(gòu)醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、聚氨酯聚氧丙烯聚氧丙烯醚、聚乙二醇單油酸酯、十八烷基乙烯脲、椰子油還原醇、十六醇、油醇、鯨蠟醇、壬基酚、辛基酚、辛基甲酚、甘油、季戊四醇、山梨醇、乙醇胺、異丙醇胺、蔗糖、月桂酸、椰子油脂肪酸、十四酸、棕櫚酸、油酸和硬脂酸，溶劑選自水、乙醇和乙二醇。其它與具體實施方式
五或六相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
五至七之一不同點是步驟一中所述的氟源溶液選自氟陰離子鹽溶液、氟氫酸溶液或三氟乙酸溶液，其中所述的陰離子鹽溶液中溶質(zhì)為氟化銨、氟化氫銨、氟化鈉、氟化鋰、氟化銨與氟化氫銨任意比的混合溶質(zhì)、氟化銨與氟化鈉任意比的混合溶質(zhì)、氟化銨與氟化鋰任意比的混合溶質(zhì)、氟化氫銨與氟化鈉任意比的混合溶質(zhì)或氟化氫銨與氟化鋰任意比的混合溶質(zhì)，溶劑選自水、乙醇和乙二醇，其中所述的氟氫酸溶液的溶劑為水，其中所述的三氟乙酸溶液的溶劑為水。其它與具體實施方式
五至七相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
五至八之一不同點是步驟一中在溫度為60°C 80°C、攪拌速度為150 250r/min的條件下，將稀土鹽溶液、表面活性劑和氟源溶液混合到一起，并攪拌5 15h，然后置于溫度為140°C 180°C的條件下溶劑熱處理12 36h，獲得白色沉淀物，將白色沉淀物用蒸餾水洗滌至濾液的pH值為7士0. 1，然后在溫度為65 75°C的條件下真空干燥5 15h，獲得稀土氟化物納米晶。其它與具體實施方式
五至八相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
五至九之一不同點是步驟三中采用刮涂法將步驟二制備的混合溶膠均勻涂在FTO導(dǎo)電玻璃表面，然后在溫度為65°C 75°C下干燥2. 5h 3. 5h,在FTO導(dǎo)電玻璃表面形成白色固態(tài)膜，然后將表面帶有白色固態(tài)膜的FTO導(dǎo)電玻璃以5 15°C /min的升溫速度升溫至450°C，并在450°C下焙燒30min 50min，即得到稀土氟化物納米晶/TW2復(fù)合光陽極。其它與具體實施方式
五至九相同。
權(quán)利要求
1.一種稀土氟化物納米晶/TW2復(fù)合光陽極，其特征在于稀土氟化物納米晶/TiA復(fù)合光陽極由稀土氟化物納米晶、商業(yè)TW2和FTO導(dǎo)電玻璃制成制備而成；所述的稀土氟化物納米晶與商業(yè)TiO2的質(zhì)量比為1 (10 1000)；所述的FTO導(dǎo)電玻璃的表面負載量為0. 5 3. Omg/cm2 ；所述的稀土氟化物納米晶由稀土鹽溶液、表面活性劑溶液和氟源溶液制成，其中所述的稀土鹽溶液中稀土鹽與表面活性劑溶液中表面活性劑的摩爾比為1 (0.1 10)，其中所述的稀土鹽溶液中稀土鹽與氟源溶液中F_的摩爾比為1 (0.1 16)；所述的商業(yè)TW2為P25型納米二氧化鈦；所述的FTO導(dǎo)電玻璃為摻雜F的導(dǎo)電玻璃，厚度為1 5mmO
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土氟化物納米晶/T^2復(fù)合光陽極，其特征在于所述的稀土鹽溶液為稀土硝酸鹽溶液或稀土氯化物溶液，其中所述的稀土硝酸鹽溶液中溶質(zhì)選自硝酸釔、硝酸鈧、硝酸鑭、硝酸鈰、硝酸鐠、硝酸釹、硝酸釤、硝酸銪、硝酸釓、硝酸鋱、硝酸鏑、硝酸鈥、硝酸鉺、硝酸銩、硝酸鐿和硝酸镥，溶劑選自水、乙醇和乙二醇；其中所述的稀土氯化物溶液中溶質(zhì)選自氯化釔、氯化鈧、氯化鑭、氯化鈰、氯化鐠、氯化釹、氯化釤、氯化銪、氯化釓、氯化鋱、氯化鏑、氯化鈥、氯化鉺、氯化銩、氯化鐿和氯化镥，溶劑選自水、乙醇和乙
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種稀土氟化物納米晶/TiO2復(fù)合光陽極，其特征在于所述的表面活性劑溶液為離子表面活性劑溶液或非離子表面活性劑溶液；其中所述的離子表面活性劑溶液中溶質(zhì)選自十六烷基三甲基溴化銨、乙二胺四乙酸、十六烷基二甲基芐基溴化銨、十六醇聚氧乙烯醚基二甲基辛烷基氯化銨、十二醇聚氧乙烯醚基二甲基甲基氯化銨、辛基酚聚氧乙烯醚基二甲基癸烷基溴化銨、辛基酚聚氧乙烯醚基二甲基癸烷基氯化銨、十六醇聚氧乙烯醚基二甲基辛烷基氯化銨、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十六烷基苯磺酸鈉、十八烷基硫酸鈉、N-油?；嗫s氨基酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉和脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸單酯二鈉、椰油烷基二甲基氧化胺、月桂基二甲基氧化胺、EO20PO70EO20(P 123)、EOici6PO7qEOiq6(F127)、十二烷基二甲基氧化胺、十二烷基二羥乙基氧化胺、十四烷基二羥乙基氧化胺、十六烷基二羥乙基氧化胺、十八烷基二甲基氧化胺和十八烷基二羥乙基氧化胺，溶劑選自水、乙醇和乙二醇；其中所述的非離子表面活性劑溶液中溶質(zhì)選自聚乙烯基吡咯烷酮、丙二醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚、構(gòu)醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、聚氨酯聚氧丙烯聚氧丙烯醚、聚乙二醇單油酸酯、十八烷基乙烯脲、椰子油還原醇、十六醇、油醇、鯨蠟醇、壬基酚、辛基酚、辛基甲酚、甘油、季戊四醇、山梨醇、乙醇胺、異丙醇胺、蔗糖、月桂酸、椰子油脂肪酸、十四酸、棕櫚酸、油酸和硬脂酸，溶劑選自水、乙醇和乙二醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種稀土氟化物納米晶/TiO2復(fù)合光陽極，其特征在于所述的氟源溶液選自氟陰離子鹽溶液、氟氫酸溶液或三氟乙酸溶液，其中所述的陰離子鹽溶液中溶質(zhì)為氟化銨、氟化氫銨、氟化鈉、氟化鋰、氟化銨與氟化氫銨的混合溶質(zhì)、氟化銨與氟化鈉的混合溶質(zhì)、氟化銨與氟化鋰的混合溶質(zhì)、氟化氫銨與氟化鈉的混合溶質(zhì)或氟化氫銨與氟化鋰的混合溶質(zhì)，溶劑選自水、乙醇和乙二醇，其中所述的氟氫酸溶液的溶劑為水，其中所述的三氟乙酸溶液的溶劑為水。
5.如權(quán)利要求1所述的一種稀土氟化物納米晶/T^2復(fù)合光陽極的制備方法，其特征在于稀土氟化物納米晶/TW2復(fù)合光陽極的制備方法是按以下步驟完成的一、制備稀土氟化物納米晶在溫度為40 90°C、攪拌速度為100 350r/min的條件下，將稀土鹽溶液、表面活性劑和氟源溶液混合到一起，并攪拌20min Mh，然后置于溫度為110 220°C的條件下溶劑熱處理2 48h，獲得白色沉淀物，將白色沉淀物用蒸餾水洗滌至濾液的PH值為7士0. 1，然后在溫度為60 80°C的條件下真空干燥3 Mh，獲得稀土氟化物納米晶；二、制備混合溶膠在攪拌速度為20 200r/min的室溫條件下將步驟一制備的稀土氟化物納米晶和商業(yè)TW2均勻混合制備成混合溶膠；三、成型采用刮涂法將步驟二制備的混合溶膠均勻涂在FTO導(dǎo)電玻璃表面，然后在溫度為60 80°C下干燥2 4h，在FTO導(dǎo)電玻璃表面形成白色固態(tài)膜，然后將表面帶有白色固態(tài)膜的FTO導(dǎo)電玻璃以1 200C /min的升溫速度升溫至400°C 500°C，并在400°C 500°C下焙燒20min lh，即得到稀土氟化物納米晶/T^2復(fù)合光陽極；步驟一中所述的所述的稀土鹽溶液中稀土鹽與表面活性劑溶液中表面活性劑的摩爾比為1 (0. 1 10)；步驟一中所述的稀土鹽溶液中稀土鹽與氟源溶液中F-的摩爾比為1 (0. 1 16)；步驟二中所述步驟一制備的稀土氟化物納米晶與商業(yè)TiO2的質(zhì)量比為1 (10 1000)；步驟二中所述的商業(yè)TiO2 型納米二氧化鈦；步驟三中所述的FTO導(dǎo)電玻璃的表面負載量為0. 5 3. Omg/cm2 ；步驟三中所述的FTO導(dǎo)電玻璃為摻雜F的導(dǎo)電玻璃，厚度為1 5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種稀土氟化物納米晶/11 復(fù)合光陽極的制備方法，其特征在于步驟一中所述的稀土鹽溶液為稀土硝酸鹽溶液或稀土氯化物溶液，其中所述的稀土硝酸鹽溶液中溶質(zhì)選自硝酸釔、硝酸鈧、硝酸鑭、硝酸鈰、硝酸鐠、硝酸釹、硝酸釤、硝酸銪、硝酸釓、硝酸鋱、硝酸鏑、硝酸鈥、硝酸鉺、硝酸銩、硝酸鐿和硝酸镥，溶劑選自水、乙醇和乙二醇；其中所述的稀土氯化物溶液中溶質(zhì)選自氯化釔、氯化鈧、氯化鑭、氯化鈰、氯化鐠、氯化釹、氯化釤、氯化銪、氯化釓、氯化鋱、氯化鏑、氯化鈥、氯化鉺、氯化銩、氯化鐿和氯化镥，溶劑選自水、乙醇和乙二醇。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種稀土氟化物納米晶/11 復(fù)合光陽極的制備方法，其特征在于步驟一中所述的表面活性劑溶液為離子表面活性劑溶液或非離子表面活性劑溶液；其中所述的離子表面活性劑溶液中溶質(zhì)選自十六烷基三甲基溴化銨、乙二胺四乙酸、十六烷基二甲基芐基溴化銨、十六醇聚氧乙烯醚基二甲基辛烷基氯化銨、十二醇聚氧乙烯醚基二甲基甲基氯化銨、辛基酚聚氧乙烯醚基二甲基癸烷基溴化銨、辛基酚聚氧乙烯醚基二甲基癸烷基氯化銨、十六醇聚氧乙烯醚基二甲基辛烷基氯化銨、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十六烷基苯磺酸鈉、十八烷基硫酸鈉、N-油?；嗫s氨基酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉和脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸單酯二鈉、椰油烷基二甲基氧化胺、月桂基二甲基氧化胺、EO2qPO7qEO2q(P 123)、EO106PO70EO106(F127)、十二烷基二甲基氧化胺、十二烷基二羥乙基氧化胺、十四烷基二羥乙基氧化胺、十六烷基二羥乙基氧化胺、十八烷基二甲基氧化胺和十八烷基二羥乙基氧化胺，溶劑選自水、乙醇和乙二醇；其中所述的非離子表面活性劑溶液中溶質(zhì)選自聚乙烯基吡咯烷酮、丙二醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚、構(gòu)醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、聚氨酯聚氧丙烯聚氧丙烯醚、聚乙二醇單油酸酯、十八烷基乙烯脲、椰子油還原醇、十六醇、油醇、鯨蠟醇、壬基酚、辛基酚、辛基甲酚、甘油、季戊四醇、山梨醇、乙醇胺、異丙醇胺、蔗糖、月桂酸、椰子油脂肪酸、十四酸、棕櫚酸、油酸和硬脂酸，溶劑選自水、乙醇和乙二醇。
8.根據(jù)權(quán)利要求5、6或7所述的一種稀土氟化物納米晶/11 復(fù)合光陽極的制備方法，其特征在于步驟一中所述的氟源溶液選自氟陰離子鹽溶液、氟氫酸溶液或三氟乙酸溶液，其中所述的陰離子鹽溶液中溶質(zhì)為氟化銨、氟化氫銨、氟化鈉、氟化鋰、氟化銨與氟化氫銨的混合溶質(zhì)、氟化銨與氟化鈉的混合溶質(zhì)、氟化銨與氟化鋰的混合溶質(zhì)、氟化氫銨與氟化鈉的混合溶質(zhì)或氟化氫銨與氟化鋰的混合溶質(zhì)，溶劑選自水、乙醇和乙二醇，其中所述的氟氫酸溶液的溶劑為水，其中所述的三氟乙酸溶液的溶劑為水。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種稀土氟化物納米晶/11 復(fù)合光陽極的制備方法，其特征在于步驟一中在溫度為60°C 80°C、攪拌速度為150 250r/min的條件下，將稀土鹽溶液、表面活性劑和氟源溶液混合到一起，并攪拌5 15h，然后置于溫度為140°C 180°C的條件下溶劑熱處理12 36h，獲得白色沉淀物，將白色沉淀物用蒸餾水洗滌至濾液的pH值為7士0. 1，然后在溫度為65 75°C的條件下真空干燥5 15h，獲得稀土氟化物納米晶。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種稀土氟化物納米晶/TW2復(fù)合光陽極的制備方法，其特征在于步驟三中采用刮涂法將步驟二制備的混合溶膠均勻涂在FTO導(dǎo)電玻璃表面，然后在溫度為65°C 75°C下干燥2. 5h 3. 5h,在FTO導(dǎo)電玻璃表面形成白色固態(tài)膜，然后將表面帶有白色固態(tài)膜的FTO導(dǎo)電玻璃以5 15°C /min的升溫速度升溫至450°C，并在450°C下焙燒30min 50min，即得到稀土氟化物納米晶/11 復(fù)合光陽極。
全文摘要
一種稀土氟化物納米晶/TiO2復(fù)合光陽極及其制備方法，它涉及一種染料敏化太陽能電池的復(fù)合光陽極及其制備方法。本發(fā)明要解決現(xiàn)有的稀土納米晶/TiO2復(fù)合光陽極存在對光的吸收率低、上轉(zhuǎn)換效率低的問題。本發(fā)明的一種稀土氟化物納米晶/TiO2復(fù)合光陽極由稀土氟化物納米晶、商業(yè)TiO2和FTO導(dǎo)電玻璃制成制備而成；具體操作步驟如下一、制備稀土氟化物納米晶，二、制備混合溶膠，三、成型。本發(fā)明的優(yōu)點一、本發(fā)明制備的復(fù)合光陽極與現(xiàn)有的復(fù)合光陽極相比對光的吸收率提高了0.1％～1％，上轉(zhuǎn)換效率提高了0.1％～1％；二、本發(fā)明的制備工藝簡單、成本低、所需設(shè)備簡單、生產(chǎn)安全性強，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號H01L51/48GK102368442SQ201110285640
公開日2012年3月7日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者付宏剛, 李瑩, 潘凱, 王國鳳, 范乃英, 蔣保江 申請人:黑龍江大學(xué)