一种基于B4Ti3O12/TiO2异质结的染料敏化太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于B4Ti3O12/TiO2异质结的染料敏化太阳能电池，自下而上依次包括钛金属层、B4Ti3O12/TiO2异质结、光敏化染料和电解液、透明电极和导电玻璃层；所述B4Ti3O12/TiO2异质结包括TiO2纳米管阵列和位于TiO2纳米管表面的B4Ti3O12；所述TiO2纳米管阵列位于钛金属层表面。本发明专利技术利用窄禁带宽度的B4Ti3O12和宽禁带宽度的TiO2纳米管阵列复合，形成良好的梯度能带结构，促进了载流子向电极的移动，使电子传输具有定向性，避免了TiO2纳米管阵列光生载流子易复合的问题，得到的太阳能电池光电性能优异，短路电流密度为3.5mA/cm

One based on B

The invention discloses a method based on B

【技术实现步骤摘要】
一种基于B4Ti3O12/TiO2异质结的染料敏化太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及太阳能电池的
，特别涉及一种基于B4Ti3O12/TiO2异质结的染料敏化太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
硅基太阳能电池由于其较好的电子传输能力和极强的稳定性，占据了太阳能电池市场的主导地位，然而硅基太阳能电池生产成本高，生产过程环境污染大，影响了其进一步的发展。薄膜太阳能电池是用硅、硫化镉、砷化镓等制备成的厚度在微米量级的薄膜为基体材料，通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置，具有生产成本低，环境污染小的特点，被看作是硅太阳能电池的替代者。但是薄膜太阳能电池光电转化效率较低，使其还不能被大规模应用。高度有序的TiO2纳米管阵列是一种新型的纳米TiO2材料，具有独特的垂直结构，良好的化学稳定性和耐腐蚀性，比表面积大，且具有环境友好，价格低廉等优点，在能源、环保以及氢敏领域有良好的应用前景。为了解决薄膜太阳能电池光电转化效率低的问题，人们将TiO2纳米管阵列应用于太阳能薄膜电池中，利用其独特的结构和优异的性能提高太阳能电池的光电转化效率。然而，TiO2纳米管阵列禁带宽度较宽(3.2eV)，难以吸收含有高能量的可见光，光吸收效率较差，并且由于缺陷和晶界等因素的影响，TiO2产生的光生载流子容易复合，也抑制了其光电性能，导致含有TiO2纳米管阵列太阳能薄膜电池的光电性能难以进一步提高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种基于B4Ti3O12/TiO2异质结的染料敏化太阳能电池及其制备方法，进一步提高太阳能电池的光电性能。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种基于B4Ti3O12/TiO2异质结的染料敏化太阳能电池，自下而上依次包括钛金属层、B4Ti3O12/TiO2异质结、光敏化染料和电解液、透明电极和导电玻璃层；所述B4Ti3O12/TiO2异质结包括TiO2纳米管阵列和位于TiO2纳米管表面的B4Ti3O12；所述TiO2纳米管阵列位于钛金属层表面。优选的，所述B4Ti3O12/TiO2异质结中TiO2纳米管的高度为3～5.5μm，直径为90～110nm；所述B4Ti3O12生长在所述TiO2纳米管表面，厚度为15～25nm。优选的，所述光敏化染料为光敏化染料为钌基染料。优选的，所述电解液为含碘和碘化物的电解液。本专利技术提供了一种上述方案所述的基于B4Ti3O12/TiO2异质结的染料敏化太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：将钛片进行二次电解氧化处理和退火，在钛片表面得到TiO2纳米管阵列；将生长有TiO2纳米管阵列的钛片与硝酸铋、水和KOH混合后进行水热反应，得到B4Ti3O12/TiO2异质结；将所述B4Ti3O12/TiO2异质结在光敏化染料溶液中避光浸泡，得到敏化后的B4Ti3O12/TiO2异质结；将所述敏化后的B4Ti3O12/TiO2异质结四周3～6mm处密封后固定在含有透明电极的导电玻璃上表面，再向B4Ti3O12/TiO2异质结和透明电极之间注入电解液，得到基于B4Ti3O12/TiO2异质结的染料敏化太阳能电池。优选的，所述二次电解氧化处理包括以下步骤：第一电解氧化处理后进行第一干燥和氮气冲洗，得到一次氧化的钛片；将一次氧化的钛片进行第二电解氧化处理和第二干燥。优选的，所述第一电解氧化处理和第二电解氧化处理的氧化电压独立的为40～60V；所述第一电解氧化处理的时间为22～26h；所述第二电解氧化处理的时间为1.5～3h。优选的，所述水热反应的pH为11～14；所述水热反应的温度为170～190℃；所述水热反应的时间为17～19h。优选的，所述光敏化染料溶液的浓度为2×10-4～4×10-4mol/L；所述避光浸泡的时间为12～24h。本专利技术提供了一种基于B4Ti3O12/TiO2异质结的染料敏化太阳能电池，自下而上依次包括钛金属层、B4Ti3O12/TiO2异质结、光敏化染料和电解液、透明电极和导电玻璃层；所述B4Ti3O12/TiO2异质结包括TiO2纳米管阵列和位于TiO2纳米管表面的B4Ti3O12；所述TiO2纳米管阵列位于钛金属层表面。本专利技术利用窄禁带宽度(2.1～2.5eV)的B4Ti3O12和宽禁带宽度(3.2eV)的TiO2纳米管阵列复合，形成良好的梯度能带结构，结合TiO2纳米管阵列独特的结构和B4Ti3O12禁带宽度小，导带位置高的特性，促进了载流子向电极的移动，使电子传输具有定向性，避免了TiO2纳米管阵列光生载流子易复合的问题，并且利用染料对TiO2纳米管阵列进行光敏化，有效避免了TiO2纳米管阵列在可见光范围吸收较弱的问题，从而得到了一种光电性能良好、电流密度高的太阳能电池。本专利技术的部分实施例结果表明，本专利技术得到的太阳能电池的短路电流密度为3.5mA/cm2左右。本专利技术提供了一种上述方案所述的太阳能电池的制备方法，本专利技术提供的制备方法简单、成本低，易于实施。附图说明图1是本专利技术实施例1得到的Bi4Ti3O12/TiO2异质结纳米管阵列的X射线衍射图谱；图2是本专利技术实施例1提供的Bi4Ti3O12/TiO2异质结纳米管阵列的高分辨透射电子显微镜和选取电子衍射结果示意图；图3是本专利技术实施例提供的Bi4Ti3O12/TiO2异质结纳米管阵列的扫描电子显微镜示意图；图4是本专利技术实施例1中染料敏化太阳能电池的光电性能测试图；图5是本专利技术实施例1中经过不同外加电场极化后样品光电性能测试图；图6是本专利技术实施例得到的基于B4Ti3O12/TiO2异质结的染料敏化太阳能电池结构示意图；图6中：1-导电玻璃，2-透明电极，3-染料和电解质，4-B4Ti3O12，5-TiO2纳米管阵列，6-B4Ti3O12/TiO2异质结，7-钛金属层。具体实施方式本专利技术提供了一种基于B4Ti3O12/TiO2异质结的染料敏化太阳能电池，自下而上依次包括钛金属层、B4Ti3O12/TiO2异质结、光敏化染料和电解液、透明电极和导电玻璃层；所述B4Ti3O12/TiO2异质结包括TiO2纳米管阵列和位于TiO2纳米管表面的B4Ti3O12；所述TiO2纳米管阵列位于钛金属层表面。本专利技术提供的太阳能电池包括钛金属层。在本专利技术中，所述钛金属层优选为纯度大于99.9％的高纯钛金属层。本专利技术提供的太阳能电池包括B4Ti3O12/TiO2异质结，所述B4Ti3O12/TiO2异质结包括TiO2纳米管阵列和位于TiO2纳米管表面的B4Ti3O12；所述TiO2纳米管阵列位于钛金属层表面。在本专利技术中，所述TiO2纳米管的高度为优选为3～5.5μm，更优选为3.5～4.5μm；所述TiO2纳米管的直径优选为90～110nm，更优选为95～105nm，最优选为100nm；所述TiO2纳米管阵列为排列整齐有序的矩形阵列；所述位于在所述TiO2纳米管表面的B4Ti3O12的厚度优选为15～25nm，更优选为20nm。本专利技术提供的太阳能电池包括位于B4Ti3O12/TiO2异质结和透明电极之间的光敏化染料和电解液。在本专利技术中，所述光敏化染料优选为钌基染料，更优选为N719(二-四丁铵顺式-双(异硫氰基)双(2,2'-联吡啶-4,4'-二羧基)钌)、N3(双(异硫氰酸)双(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于B

【技术特征摘要】
1.一种基于B4Ti3O12/TiO2异质结的染料敏化太阳能电池，自下而上依次包括钛金属层、B4Ti3O12/TiO2异质结、光敏化染料和电解液、透明电极和导电玻璃层；所述B4Ti3O12/TiO2异质结包括TiO2纳米管阵列和位于TiO2纳米管表面的B4Ti3O12；所述TiO2纳米管阵列位于钛金属层表面。2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述B4Ti3O12/TiO2异质结中TiO2纳米管的高度为3～5.5μm，直径为90～110nm；所述B4Ti3O12位于所述TiO2纳米管表面，厚度为15～25nm。3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述光敏化染料为光敏化染料为钌基染料。4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述电解液为含碘和碘化物的电解液。5.权利要求1～4任意一项所述的基于B4Ti3O12/TiO2异质结的染料敏化太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：将钛片进行二次电解氧化处理和退火，在钛片表面得到TiO2纳米管阵列；将生长有TiO2纳米管阵列的钛片置于硝酸铋、水和KOH混合溶液中进行水热反应，得到B4Ti3O12/TiO2异质结；将所述B4Ti3O12/TiO2异质结在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈侃松，田寒，叶小雨，顾豪爽，王钊，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42