專利名稱：一種光陽極及其制備方法、染料敏化太陽能電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種光陽極及其制備方法、染料敏化太陽能電池。
背景技術：
在全世界的能源結構中，石油、天然氣、煤等一次性石化能源占據(jù)主體地位。隨著石化能源的銳減和環(huán)境污染的日益嚴重，開發(fā)清潔可再生的能源迫在眉睫。在人類可以預測的未來時間內(nèi)，太陽能作為人類取之不盡用之不竭的潔凈能源，不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染，幾乎不受任何地理環(huán)境的限制。九十年代以來，以瑞士洛桑高等工業(yè)學院的M.Gratzel為首的研究小組開發(fā)了染料敏化太陽能電池，在太陽能電池市場中，染料敏化太陽能電池展現(xiàn)了太陽能電池的一個新的發(fā)展方向，具有成本低、易于制作，弱電相對轉化率高等優(yōu)點，雖然其穩(wěn)定性和轉化效率在現(xiàn)階段還有待提高，但是該電池仍被認為是最有應用前景的一類太陽能電池。染料敏化太陽能電池是一種基于植物葉綠素光合作用原理研制的太陽能電池，是一種使用寬禁帶半導體材料的太陽能電池。寬帶隙半導體本身有較高的熱力學穩(wěn)定性和光化學穩(wěn)定性，然而捕獲太陽光的能力非常差，但將適當?shù)娜玖衔降桨雽w表面上，借助于染料對可見光的強吸收，可將半導體的光譜響應拓寬到可見光區(qū)，這種現(xiàn)象稱為半導體的敏化作用，這種載有染料的半導體稱為染料敏化半導體電極。作為染料吸附的載體，納米二氧化鈦由于其光穩(wěn)定性、無毒、高比表面積等特點，廣泛用于染料電池上。目前染料敏化太陽能電池主要包括光陽極、光陰極、染料以及電解質(zhì)四個部分，其中，光陽極包括導電基底以及導電基底上的納米二氧化鈦膜層。納米二氧化鈦膜層不僅是光電轉換活性物質(zhì)-染料的支撐和吸附載體，同時也是電子的傳輸體。納米二氧化鈦膜層在光電轉換過程中吸收太陽光，由于 二氧化鈦的帶隙為3.7eV，所以二氧化鈦膜層只能吸收紫外波段光譜的能量，從而使得染料敏化太陽能電池只能吸收太陽光的紫外波段光譜的能量，且染料敏化太陽能電池無法對太陽光的全波段光譜的吸收與利用。目前，雖然染料敏化太陽能電池可以吸收太陽光，進行光電轉換，但是其對太陽能的利用率很低，導致光電轉換效率低下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術中存在的上述不足，提供一種光陽極及其制備方法，染料敏化太陽能電池，在太陽光作為等離子共振效應激發(fā)光的條件下，從而使得包括摻雜的二氧化鈦的光陽極能夠吸收更多的太陽光的能量，提高包括該光陽極的染料敏化太陽能電池的光電轉換效率。解決本發(fā)明技術問題所采用的技術方案是提供一種光陽極，包括導電基底以及導電基底上的摻雜的二氧化鈦，所述摻雜的二氧化鈦中摻雜有納米級的第I B族、第珊族中的金屬中的任意一種或幾種。優(yōu)選的是，納米級的所述第I B族、第VDI族中的金屬中的任意一種或幾種的混合物的總質(zhì)量占摻雜的二氧化鈦的質(zhì)量的0.01% 5%。優(yōu)選的是，所述第I B族、第VDI族中的金屬為銅、銀、金中的任意一種或幾種。優(yōu)選的是,所述二氧化鈦的粒徑為20nm 30nm,比表面積為90m2/g 120m2/g;和/或納米級的所述第I B族、第VDI族中的金屬的粒徑為5nm 10nm。本發(fā)明還提供一種上述的光陽極的制備方法，包括以下步驟:將導電基底上的二氧化鈦浸泡于包含納米級的第I B族、第VDI族中的金屬中的任意一種或幾種的懸浮液中，取出后干燥得到光陽極。優(yōu)選的是，在所述懸浮液中，當所述二氧化鈦飽和吸附納米級的所述第I B族、第VDI族中的金屬中的任意一種或幾種后，取出后干燥得到光陽極。優(yōu)選的是，制備納米級的所述第I B族、第VDI族中的金屬的方法包括以下步驟:(I)向包含所述第I B族、第VDI族中的金屬中的任意一種或幾種的無機化合物的水溶液中加入離子型表面活性劑，得到第一混合水溶液；(2)在所述第一混合水溶液中加入還原劑得到第二混合水溶液，然后生成沉淀，所述沉淀為納米級的所述第I B族、第珊族中的金屬。優(yōu)選的是，所述還原劑為抗壞血酸、硼氫化納，乙二醇、丙三醇中的任意一種或幾種， 和/或所述離子型表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨、對十二烷基苯磺酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮。優(yōu)選的是，包含所述第I B族、第VDI族中的金屬中的任意一種或幾種的無機化合物的水溶液的濃度為0.1mM IOOmM ；和/或所述第一混合水溶液中的離子型表面活性劑的濃度為0.2mM 400mM ；和/或第二混合水溶液中的還原劑的濃度為0.1mM 200mM。優(yōu)選的是，所述步驟(2)中再加入還原劑得到第二混合水溶液后，對所述第二混合水溶液通過水熱法、加熱回流、微波輻照等方式進行加熱，所述加熱溫度為80°C 150°C，加熱時間為2小時 24小時。本發(fā)明還提供一種染料敏化太陽能電池，包括上述的光陽極。本發(fā)明中的光陽極中的摻雜的二氧化鈦中摻雜有納米級的第I B族、第珊族中的金屬中的任意一種或幾種，上述納米級的金屬具有尺寸效應以及量子效應，通過太陽光照射能引起表面等離子共振效應。由于二氧化鈦為上述納米級的金屬的基底材料，上述納米級的金屬的等離子共振效應明顯，所以在太陽光作為等離子共振效應激發(fā)光的條件下，從而使得包括摻雜有上述納米級的金屬的二氧化鈦的光陽極能夠吸收更多的太陽光的能量，提高包括該光陽極的染料敏化太陽能電池的光電轉換效率。
具體實施例方式為使本領域技術人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖
和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細描述。實施例1本實施例提供一種制備納米級的金屬銅的方法，包括以下步驟:(I)配置20mM的氯化銅水溶液，向該水溶液加入離子型表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮，得到第一混合水溶液，其中，第一混合水溶液中的聚乙烯吡咯烷酮的濃度為lOOmM。(2)在上述第一混合水溶液中加入還原劑抗壞血酸加入后得到第二混合水溶液，其中第二混合水溶液中的抗壞血酸的濃度為80mM。對第二混合水溶液通過水熱法的方式進行加熱，其中加熱溫度為150°C，加熱時間為24小時，在加熱過程中出現(xiàn)納米級的金屬銅的沉淀，并收集納米級的金屬銅的沉淀，且納米級的金屬銅的粒徑為5nm。本實施例提供一種納米級的金屬銅，其由上述方法制備的。本實施例中的導電基底上的二氧化鈦的制備方法如下:將二氧化鈦用乙醇做分散劑超聲分散，其中，二氧化鈦的粒徑為20nm，比表面積為120m2/g，再向其中加入松油醇和乙基纖維素，其中，乙基纖維素和松油醇的質(zhì)量比為1: 6，加入的乙基纖維素和松油醇的總質(zhì)量份數(shù)與二氧化鈦的質(zhì)量份數(shù)比為3: 1，攪拌均勻得到染料敏化太陽能電池用的光陽極漿料。將上述的光陽極漿料攪拌一小時后，將該漿料在導電基底上涂膜，將涂好膜的導電基底在馬弗爐中450°C煅燒30分鐘，冷卻到室溫，導電玻璃上的膜厚在8 15μπι之間，得到導電基底上的二氧化鈦。該導電基底上的二氧化鈦的粒徑為20nm，比表面積為120m2/g，在上述燒制光陽極過程中，燒制前后二氧化鈦的粒徑以及比表面積基本不發(fā)生變化。導電基底上的二氧化鈦的制備為一種常規(guī)的制備方法，且為本領域技術人員所公知的方法，并不限于上述方法也可以采用其它的制備方法，這里不再贅述?，F(xiàn)有技術中得到的光陽極即包括該導電基底，以及導電基底上的二氧化鈦。本實施例提供一種光陽極的制備方法，包括以下步驟:將上述納米級 的金屬銅的沉淀配制成納米級的金屬銅的懸浮液，將該導電基底上的二氧化鈦浸泡于上述懸浮液中，浸泡一段時間后，取出后干燥得到光陽極。這樣在該光陽極的導電基底上的二氧化鈦中摻雜了納米級的金屬銅，從而得到了摻雜的二氧化鈦，納米級的金屬銅占摻雜的二氧化鈦的質(zhì)量的1%，二氧化鈦的粒徑為20nm，金屬銅的粒徑為5nm。本實施例提供一種光陽極，其由上述方法制備的。本實施例提供一種染料敏化太陽能電池，包括上述的光陽極。本實施例中的染料敏化太陽能電池的制備方法具體如下:將上述光陽極浸泡于濃度為5X10_4mol/L的釕配合物 N719 染料[英文名:RuL2 (NCS) 2.2ΤΒΑ (L=2, 2,-bipyridyl-4,4,-dicarboxylic acid)]水溶液中24h，光陽極被染料充分敏化。然后將該光陽極與鉬對電極對接，滴入電解液，組裝成染料敏化太陽能電池。對該電池測效率時使用氙燈模擬太陽光，光強為lOOmW/cm2 (用標準硅光電二極管測定光強)，在該光強下測得該薄膜電極所組成的電池光電轉換效率為7.8%，該電池的光電性能大大提高。本實施例提供一種染料敏化太陽能電池，其由上述方法制備的。表面等離子共振效應(Surface Plasmon Resonance, SPR)是一種物理現(xiàn)象，當入射光以臨界角入射到兩種不同折射率的介質(zhì)界面(比如玻璃表面的金或銀鍍層)時，可引起金屬自由電子的共振，由于共振致使電子吸收了光能量，從而使反射光在一定角度內(nèi)大大減弱，延長光線在介質(zhì)中的光程，促進光能在介質(zhì)中的吸收。由于納米級的金屬銅具有尺寸效應以及量子效應，通過太陽光照射能引起表面等離子共振效應。本實施例中的金屬銅的粒徑為5nm左右，且由于二氧化鈦的粒徑為20nm左右，由于兩者的粒徑接近，所以在導電基底上納米級的金屬銅與納米級的二氧化鈦充分接觸，由于二氧化鈦為納米級的金屬銅的基底材料，所以納米級的金屬銅的等離子共振效應明顯。納米級的金屬銅的表面等離子共振吸收峰位于近紅外光譜區(qū)域，通過控制納米級的金屬銅的粒徑的不同(控制納米級的金屬銅的粒徑的不同可以通過現(xiàn)有的公知技術中制備不同粒徑金屬銅的方法來實現(xiàn))，使得不同粒徑的金屬銅對于太陽光的吸收產(chǎn)生藍移或紅移，可以實現(xiàn)納米級的金屬銅的光學性質(zhì)在可見近紅外光譜區(qū)的光學性質(zhì)可調(diào)。在太陽光作為等離子共振效應激發(fā)光的條件下，從而使得包括摻雜有納米級的金屬銅的二氧化鈦的光陽極能夠吸收更多的太陽光的能量，提高包括該光陽極的染料敏化太陽能電池的光電轉換效率。實施例2本實施例提供一種制備納米級的金屬銀的方法，包括以下步驟:(I)配置0.1mM的硝酸銀水溶液，向該水溶液中加入離子型表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨中得到第一混合水溶液，其中，第一混合水溶液中的十六烷基三甲基溴化銨的濃度為0.2mM。(2)在上述第一混合水溶液中加入還原劑硼氫化納加入后得到第二混合水溶液，其中第二混合水溶液中的硼氫化納的濃度為0.1mM。對第二混合水溶液通過加熱回流的方式進行加熱，其中加熱溫度為80°C，加熱時間為2小時，在加熱過程中出現(xiàn)納米級的金屬銀的沉淀，并收集納米級的金屬銀的沉淀，且納米級的金屬銀的粒徑為10nm。本實施例提供一種納米級的金屬銀，其由上述方法制備的。本實施例中的導電基底上的二氧化鈦的制備方法與實施例1中的二氧化鈦的制備方法相同。其中，該二氧化鈦的粒徑為30nm，比表面積為92m2/g。本實施例提供一種光陽極的制備方法，包括以下步驟:將上述納米級的金屬銀的沉淀配制成納米級的金屬銀的懸浮液，將該導電基底上的二氧化鈦浸泡于上述懸浮液中，待二氧化鈦飽和吸附了納米級的金屬銀后，取出后干燥得到光陽極。這樣在該光 陽極的導電基底上的二氧化鈦中摻雜了納米級的金屬銀，從而得到了摻雜的二氧化鈦，納米級的金屬銀占摻雜的二氧化鈦的質(zhì)量的5%，二氧化鈦的粒徑為30nm,金屬銀的粒徑為10nm。本實施例提供一種光陽極，其由上述方法制備的。按照實施例1中制備染料敏化太陽能電池的方法，使用本對比例制得的摻雜的二氧化鈦制成染料敏化太陽能電池。對該電池測效率時使用氙燈模擬太陽光，光強為IOOmW/cm2(用標準硅光電二極管測定光強)，在該光強下測得該薄膜電極所組成的電池光電轉換效率為7.6%，該電池的光電性能大大提高。本實施例提供一種染料敏化太陽能電池，其由上述方法制備的。在本實施例中納米級的金屬銀的原子半徑比實施例1中的納米級的金屬銅原子半徑大，本實施例中選擇了不同于實施例1中的納米級的金屬銅，納米級的金屬銅粒子呈現(xiàn)核殼結構，納米級的金屬銀粒子呈現(xiàn)核殼結構。本實施例中的納米級的銀粒子相對于實施例I中的納米級的銅粒子可以產(chǎn)生藍移，從而增強包括該摻雜有納米級的金屬銀的二氧化鈦的光陽極對于太陽能在可見和紅外波段的吸收，提高了包括該光陽極的染料敏化太陽能電池的光電轉換效率。當然，選擇不同的第I B族、第珊族中的金屬中的任意一種納米級的金屬粒子可以產(chǎn)生不同的藍移或紅移。實施例3本實施例提供一種制備納米級的金屬金的方法，包括以下步驟:
(1)配置50mM的氯金酸水溶液，向該水溶液加入離子型表面活性劑對十二烷基苯磺酸鈉中得到第一混合水溶液，其中，第一混合水溶液中的對十二烷基苯磺酸鈉的濃度為200mMo(2)在上述第一混合水溶液中加入還原劑乙二醇加入后得到第二混合水溶液，其中第二混合水溶液中的乙二醇的濃度為lOOmM。對第二混合水溶液通過微波輻照的方式進行加熱，其中加熱溫度為100°C，加熱時間為10小時，在加熱過程中出現(xiàn)納米級的金屬金的沉淀，并收集納米級的金屬金的沉淀，且納米級的金屬金的粒徑為6nm。本實施例提供一種納米級的金屬金，其由上述方法制備的。本實施例中的導電基底上的二氧化鈦的制備方法與實施例1中的二氧化鈦的制備方法相同。其中，該二氧化鈦的粒徑為25nm,比表面積為116m2/g。本實施例提供一種光陽極的制備方法，包括以下步驟:將上述納米級的金屬金的沉淀配制成納米級的金屬金的懸浮液，將該導電基底上的二氧化鈦浸泡于上述懸浮液中，待二氧化鈦飽和吸附了納米級的金屬金后，取出后干燥得到光陽極。這樣在該光陽極的導電基底上的二氧化鈦中摻雜了納米級的金屬金，從而得到了摻雜的二氧化鈦，納米級的金屬金占摻雜的二氧化鈦的質(zhì)量的2%，二氧化鈦的粒徑為25nm,金屬金的粒徑為6nm。本實施例提供一種光陽極，其由上述方法制備的。按照實施例1中制備染料敏化太陽能電池的方法，使用本對比例制得的摻雜的二氧化鈦制成染料敏化太陽能電池。對該電池測效率時使用氙燈模擬太陽光，光強為IOOmW/cm2(用標準硅光電二極管測定光強)，在該光強下測得該薄膜電極所組成的電池光電轉換效率為7.5%，該電池的光電性能大大提高。本實施例提供一種染料敏化太陽能電池，其由上述方法制備的。實施例4本實施例提供一種制備納米級的金屬鈷的方法，包括以下步驟:(1)配置100mM的硫酸鈷水溶液，向該水溶液加入離子型表面活性劑對十二烷基苯磺酸鈉中得到第一混合水溶液，其中，第一混合水溶液中的對十二烷基苯磺酸鈉的濃度為 400mM。(2)在上述第一混合水溶液中加入還原劑丙三醇加入后得到第二混合水溶液，其中第二混合水溶液中的丙三醇的濃度為200mM。對第二混合水溶液通過加熱回流的方式進行加熱，其中加熱溫度為120°C，加熱時間為12小時，在加熱過程中出現(xiàn)納米級的金屬鈷的沉淀，并收集納米級的金屬鈷的沉淀，且納米級的金屬鈷的粒徑為7nm。本實施例提供一種納米級的金屬鈷，其由上述方法制備的。本實施例中的導電基底上的二氧化鈦的制備方法與實施例1中的二氧化鈦的制備方法相同。其中，該二氧化鈦的粒徑為26nm，比表面積為110m2/g。本實施例提供一種光陽極的制備方法，包括以下步驟:將上述納米級的金屬鈷的沉淀配制成納米級的金屬鈷的懸浮液，將該導電基底上的二氧化鈦浸泡于上述懸浮液中，待二氧化鈦飽和吸附了納米級的金屬鈷后，取出后干燥得到光陽極。這樣在該光陽極的導電基底上的二氧化鈦中摻雜了納米級的金屬鈷，從而得到了摻雜的二氧化鈦，納米級的金屬鈷占摻雜的二氧化鈦的質(zhì)量的4%，二氧化鈦的粒徑為26nm,納米級的金屬鈷的粒徑為7nm。本實施例提供一種光陽極，其由上述方法制備的。按照實施例1中制備染料敏化太陽能電池的方法，使用本對比例制得的摻雜的二氧化鈦制成染料敏化太陽能電池。對該電池測效率時使用氙燈模擬太陽光，光強為IOOmW/cm2(用標準硅光電二極管測定光強)，在該光強下測得該薄膜電極所組成的電池光電轉換效率為7.2%，該電池的光電性能大大提高。 本實施例提供一種染料敏化太陽能電池，其由上述方法制備的。實施例5本實施例提供一種制備納米級的金屬銠的方法，包括以下步驟:(I)配置70mM的氯化銠水溶液，向該水溶液加入離子型表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮中得到第一混合水溶液，其中，第一混合水溶液中的聚乙烯吡咯烷酮的濃度為300mM。(2)在上述第一混合水溶液中加入還原劑乙二醇和丙三醇的混合物(其中乙二醇和丙三醇的質(zhì)量比為1:1)加入后得到第二混合水溶液，其中第二混合水溶液中的乙二醇和丙三醇的混合物的濃度為150mM。對第二混合水溶液通過微波輻照的方式進行加熱，其中加熱溫度為110°C，加熱時間為14小時，在加熱過程中出現(xiàn)納米級的金屬銠的沉淀，并收集納米級的金屬銠的沉淀，且金屬銠的粒徑為8nm。本實施例提供一種納米級的金屬銠，其由上述方法制備的。本實施例中的導電基底上的二氧化鈦的制備方法與實施例1中的二氧化鈦的制備方法相同。其中，該二氧化鈦的粒徑為28nm，比表面積為100m2/g。本實施例提供一種光陽極的制備方法，包括以下步驟:將上述納米級的金屬銠的沉淀配制成納米級的金屬銠的懸浮液，將該導電基底上的二氧化鈦浸泡于上述懸浮液中，待二氧化鈦飽和吸附了納米級的金屬銠后，取出后干燥得到光陽極。這樣在該光陽極的導電基底上的二氧化鈦中摻雜了納米級的金屬銠，從而得到了摻雜的二氧化鈦，納米級的金屬銠占摻雜的二氧化鈦的質(zhì)量的3%，二氧化鈦的粒徑為28nm,金屬錯的粒徑為8nm。本實施例提供一種光陽極，其由上述方法制備的。按照實施例1中制備染料敏化太陽能電池的方法，使用本對比例制得的摻雜的二氧化鈦制成染料敏化太陽能電池。對該電池測效率時使用氙燈模擬太陽光，光強為IOOmW/cm2(用標準硅光電二極管測定光強)，在該光強下測得該薄膜電極所組成的電池光電轉換效率為7.1%，該電池的光電性能大大提高。本實施例提供一種染料敏化太陽能電池，其由上述方法制備的。實施例6本實施例中的導電基底上的二氧化鈦的制備方法與實施例1中的二氧化鈦的制備方法相同。其中，該二氧化鈦的粒徑為30nm。本實施例中用了現(xiàn)制的納米級的金屬銀和納米級的金屬金，其中納米級的金屬銀的制備方法與實施例2中的納米級的金屬銀的制備方法相同，納米級的金屬金的制備方法與實施例3中的納米級的金屬金的制備方法相同。本實施例提供一種光陽極的制備方法，包括以下步驟:
將上述的納米級的金屬銀和納米級的金屬金的混合物(其中金屬銀與金屬金的質(zhì)量比為1:1)配制成懸浮液，將該導電基底上的二氧化鈦浸泡于上述懸浮液中，待二氧化鈦飽和吸附了納米級的金屬銀和納米級的金屬金的混合物后，取出后干燥得到光陽極。這樣在該光陽極的導電基底上的二氧化鈦中摻雜了納米級的金屬銀和納米級的金屬金，從而得到了摻雜的二氧化鈦，納米級的金屬銀和納米級的金屬金的混合物的質(zhì)量占摻雜的二氧化鈦的質(zhì)量的0.01%，二氧化鈦的粒徑為30nm，比表面積為90m2/g ;納米級的金屬銀的的粒徑為7nm,納米級的金屬金的粒徑為10nm。本實施例提供一種光陽極，其由上述方法制備的。按照實施例1中制備染料敏化太陽能電池的方法，使用本對比例制得的摻雜的二氧化鈦制成染料敏化太陽能電池。對該電池測效率時使用氙燈模擬太陽光，光強為IOOmW/cm2(用標準硅光電二極管測定光強)，在該光強下測得該薄膜電極所組成的電池光電轉換效率為7.3%，該電池的光電性能大大提高。本實施例提供一種染料敏化太陽能電池，其由上述方法制備的。上述實施例中的納米級的金屬銅、納米級的金屬銀、納米級的金屬金、納米級的金屬鈷、納米級的金屬銠均具有尺寸效應以及量子效應，通過太陽光照射能引起表面等離子體共振效應。且上述納米級的金屬以二氧化碳作為基底材料，上述納米級的金屬的等離子共振效應明顯，從而使得包括摻雜有納米級的金屬的二氧化鈦的光陽極能夠吸收更多的太陽光的能量，提高包括該光陽極的染料敏化太陽能電池的光電轉換效率。

本發(fā)明中將納米級的第I B族、第VDI族中的金屬中的任意一種或幾種和二氧化鈦緊密結合，兩者之間的共振耦合效應增強了光吸收作用，從而提高染料敏化太陽能電池的光電轉換效率。在二氧化鈦和上述納米級的金屬的作用下，主要有以下三種方式的光電轉移可能發(fā)生:第一種轉移作用是如果染料分子較遠，由于上述納米級的金屬粒子周圍的小區(qū)域內(nèi)聚集較多光子能，局域的等離子共振將使從1-中獲得電子變得更容易，并使這些被等離子波激發(fā)的電子注入二氧化鈦半導體中。同時，第二種轉移為染料分子上的電子注入二氧化鈦，再從Γ上直接補充電子。但是，這種轉移作用可能由于染料分子周圍較弱的電磁場而被削弱。然而，當上述納米級的金屬與染料分子直接接觸時，這種共振耦合效應將被大大增強，從而誘發(fā)第三種轉移作用:從電介質(zhì)中的Γ離子傳遞到染料分子上，再經(jīng)過上述納米級的金屬注入到二氧化鈦中。由于染料敏化太陽能電池的開路電壓取決于半導體氧化物的費米能級與電解質(zhì)的氧化還原電對的電勢的相對差值，在共振耦合效應的促進下，電子轉移方式由作為電子給體的Γ、染料分子和上述納米級的金屬的價帶水平?jīng)Q定。這三種作用同時存在，促進摻雜的二氧化鈦的光吸收作用，從而提高電池效率，從而增強包括該摻雜有上述納米級的金屬的二氧化鈦的光陽極對于太陽能在可見和紅外波段的吸收，從而提高了包括該光陽極的染料敏化太陽能電池的光電轉換效率?？梢岳斫獾氖牵陨蠈嵤┓绞絻H僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領域內(nèi)的普通技術人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種光陽極，其特征在于，包括導電基底以及導電基底上的摻雜的二氧化鈦，所述摻雜的二氧化鈦中摻雜有納米級的第I B族、第珊族中的金屬中的任意一種或幾種。
2.根據(jù)權利要求1所述的光陽極，其特征在于，納米級的所述第IB族、第珊族中的金屬中的任意一種或幾種的混合物的總質(zhì)量占摻雜的二氧化鈦的質(zhì)量的0.01% 5%。
3.根據(jù)權利要求1所述的光陽極，其特征在于，所述第IB族、第珊族中的金屬為銅、銀、金中的任意一種或幾種。
4.根據(jù)權利要求1所述的光陽極，其特征在于，所述二氧化鈦的粒徑為20nm 30nm，比表面積為90m2/g 120m2/g; 和/或納米級的所述第I B族、第VDI族中的金屬的粒徑為5nm 10nm。
5.一種權利要求1 4任意一項所述的光陽極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 將導電基底上的二氧化鈦浸泡于包含納米級的第I B族、第珊族中的金屬中的任意一種或幾種的懸浮液中，取出后干燥得到光陽極。
6.根據(jù)權利要求5所述的光陽極的制備方法，其特征在于，在所述懸浮液中，當所述二氧化鈦飽和吸附納米級的所述第I B族、第VDI族中的金屬中的任意一種或幾種后，取出后干燥得到光陽極。
7.根據(jù)權利要求5所述的光陽極的制備方法，其特征在于，制備納米級的所述第IB族、第VDI族中的金屬的方法包括以下步驟: (O向包含所述第I B族、 第珊族中的金屬中的任意一種或幾種的無機化合物的水溶液中加入離子型表面活性劑，得到第一混合水溶液； (2)在所述第一混合水溶液中加入還原劑得到第二混合水溶液，然后生成沉淀，所述沉淀為納米級的所述第I B族、第珊族中的金屬。
8.根據(jù)權利要求7所述的光陽極的制備方法，其特征在于，所述還原劑為抗壞血酸、硼氫化納，乙二醇、丙三醇中的任意一種或幾種， 和/或所述離子型表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨、對十二烷基苯磺酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮。
9.根據(jù)權利要求7所述的光陽極的制備方法，其特征在于，包含所述第IB族、第珊族中的金屬中的任意一種或幾種的無機化合物的水溶液的濃度為0.1mM IOOmM ； 和/或所述第一混合水溶液中的離子型表面活性劑的濃度為0.2mM 400mM ； 和/或第二混合水溶液中的還原劑的濃度為0.1mM 200mM。
10.根據(jù)權利要求7所述的光陽極的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中再加入還原劑得到第二混合水溶液后，對所述第二混合水溶液通過水熱法、加熱回流、微波輻照等方式進行加熱，所述加熱溫度為80°C 150°C，加熱時間為2小時 24小時。
11.一種染料敏化太陽能電池，其特征在于，包括權利要求1 4任意一項所述的光陽極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光陽極及其制備方法、染料敏化太陽能電池，該光陽極包括導電基底以及導電基底上的摻雜的二氧化鈦，所述摻雜的二氧化鈦中摻雜有納米級的第ⅠB族、第Ⅷ族中的金屬中的任意一種或幾種。上述納米級的金屬具有尺寸效應以及量子效應，通過太陽光照射能引起表面等離子共振效應，由于二氧化鈦為上述納米級的金屬的基底材料，上述納米級的金屬的等離子共振效應明顯，所以在太陽光作為等離子共振效應激發(fā)光的條件下，從而使得包括摻雜有上述納米級的金屬的二氧化鈦的光陽極能夠吸收更多的太陽光的能量，提高包括該光陽極的染料敏化太陽能電池的光電轉換效率。
文檔編號H01G9/20GK103227055SQ20131015376
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月28日 優(yōu)先權日2013年4月28日
發(fā)明者盧磊, 曾紹忠, 焦方方, 王秀田, 陳效華 申請人:奇瑞汽車股份有限公司