染料敏化太阳能电池用纳米二氧化钛浆料的制备方法技术

本发明专利技术涉及染料敏化太阳能电池用纳米二氧化钛浆料的制备方法。将纳米二氧化钛颗粒加入到酸中搅拌，蒸干，得到表面改性的纳米二氧化钛颗粒；然后加水或乙醇进行球磨；向悬浊液中加入表面活性剂溶液，得到混合悬浊液，混合均匀后进行球磨０．５小时以上。本发明专利技术的制备方法简单，所需设备简单，得到的染料敏化太阳能电池用纳米二氧化钛浆料分散性好，涂膜均匀；纳米二氧化钛浆料稳定性高，静置数月不分层且无沉淀产生。该纳米二氧化钛浆料应用于染料敏化太阳能电池时，在１００ｍＷ／ｃｍ２的模拟太阳光照下获得了６．４％的光电转换效率。该浆料亦可用于柔性染料敏化太阳能电池光阳极的制备，柔性电池获得了３％的光电转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米二氧化钛浆料的制备方法，特别涉及一种染料敏化太阳能电池用 纳米二氧化钛浆料的制备方法。
技术介绍
九十年代发展起来的染料敏化太阳能电池具有成本低、无毒害、光电转换效率高 的特点，近年来广泛受到各国科学工作者的关注。由于利用浆料制备薄膜快捷、操作简单且 能制备出性能优良的薄膜，浆料应用于染料敏化太阳能电池工作电极薄膜制备非常普遍。 膜的性质直接影响电池的性能，因此成功制备出分散好稳定性高的浆料极为关键。已有一些文献和专利阐述了如何制备二氧化钛浆料。Prog. Photovolt :Res. Appl. 2007 ；15 :603_612阐述了一种油性二氧化钛浆料的制备方法，但该制备过程繁琐， 纳米二氧化钛浆料分散性也不理想，且溶剂为环境不友好的有机溶剂。Solar Energy Materials & Solar Cells 76(2003) :3阐述了一种水性二氧化钛浆料的制备方法，但是该 方法制备的浆料稳定性不足，放置数十分钟就发生沉降。CN01128206. 1公开了一种纳米二 氧化钛浆料的制备方法，该方法引入很多无机杂离子，主要用于涂料、油墨、陶瓷、纺织、化 妆品和胶粘剂等领域，不适合做多孔的二氧化钛膜。国内外化工企业，例如瑞士的Solaronix公司、瑞士的Greatcell公司、日本的 Peccell公司、日本的Fujikura公司、日本的Toyota公司、美国的Konarka、澳大利亚的 Dyesol公司都有相关的技术及浆料产品推出，中国的七色光太阳能科技开发有限公司也有 浆料产品推出。但是，Solaronix等公司的浆料久置分层，且黏度低需经反复涂膜反复烧结 才能达到电池要求的膜厚；国内制备的浆料粒径分布较宽有团聚且沉降厉害。现有技术的缺陷在于纳米二氧化钛浆料分散性和稳定性能均不理想，而且使用前 均需要通过搅拌或超声对浆料进行重新分散。此外，现有技术制备纳米二氧化钛浆料中都 需添加高温烧结才能去除的有机添加剂，这些浆料不利于更为便捷成本更低廉的柔性塑料 染料敏化太阳能电池的制备。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种分散性好且稳定性强的染料 敏化太阳能电池用纳米二氧化钛浆料的制备方法。本专利技术的在温度为60 120°C下，将纳米二氧化钛颗粒加入到酸中进行搅拌，蒸干，得到 表面改性的纳米二氧化钛颗粒；然后加水或乙醇进行球磨，得到悬浊液；向悬浊液中加入 表面活性剂溶液，得到混合悬浊液，混合均勻后进行球磨0. 5小时以上；其中，混合悬浊液 中表面改性的纳米二氧化钛颗粒的含量为5wt% 30wt%，表面活性剂的含量为2wt%0 25wt%,余量为水或乙醇，混合悬浊液的pH范围为1 6。所述的酸选自硫酸、硝酸、盐酸、醋酸、苯甲酸、柠檬酸、酒石酸、水杨酸、草酸等中的一种或大于一种以上的混合酸。当混合悬浊液的PH范围不为1 6时，加无机酸或无机碱进行调节混合悬浊液的 PH范围为1 6。所述的无机酸选自硫酸、硝酸、盐酸、醋酸等中的一种或大于一种以上的混合酸。所述的无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氨水等中的一种或大于一种以 上的混合碱。所述的向悬浊液中加入表面活性剂溶液，其悬浊液是加水或乙醇进行球磨后可进 一步经静置后所取得的上层悬浊液、加水或乙醇进行球磨后可进一步经离心沉降后所取得 的上层悬浊液、加水或乙醇进行球磨后可进一步经过滤后所取得的滤液中的一种。所述的表面活性剂选自乙酰丙酮、曲拉通、有机硅烷偶联剂、纤维素、聚环氧乙烷、 聚环氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮等中的一种或大于一种以上的混合物。溶解表面活性剂的溶 剂是水或乙醇。所述的纤维素选自甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维 素等中的一种或大于一种以上的混合物。所述的球磨为球磨罐球磨等。本专利技术采用的分散机制是电荷稳定机制和空间位阻稳定机制两者的联用机制。具 体的作用机理是用酸对纳米二氧化钛颗粒表面进行改性，使纳米二氧化钛颗粒表面带上 相同的正电荷，由于纳米二氧化钛颗粒表面带上了相同的正电荷而使纳米二氧化钛颗粒之 间相互排斥，从而使纳米二氧化钛颗粒在溶剂中稳定；加入表面活性剂的目的是使纳米二 氧化钛颗粒之间产生空间位阻，防止纳米二氧化钛颗粒团聚，有利于纳米二氧化钛颗粒的 分散和所得浆料的稳定。本专利技术的简单，所需设备简 单，得到的染料敏化太阳能电池用纳米二氧化钛浆料分散性好，涂膜均勻；纳米二氧化钛浆 料稳定性高，静置数月不分层且无沉淀产生，易于保存。用本专利技术的纳米二氧化钛浆料制备 出的染料敏化太阳能电池阳极膜，具有表面平整、比表面积大、吸附染料能力强、孔隙分布 均勻、与衬底结合力强、光电转换效率高等特点。在相同膜厚及相同测试条件下的测试结果 表明，本专利技术浆料制备出的电池光电转换效率明显高于solaronix-HT制备的电池光电转 换效率。本专利技术方法制备出的纳米二氧化钛浆料应用于染料敏化太阳能电池时，在IOOmW/ cm2的模拟太阳光照下获得了 6. 4%的光电转换效率。该浆料亦可用于柔性染料敏化太阳 能电池光阳极的制备，柔性电池获得了 3%的光电转换效率。附图说明图1.本专利技术实施例1所制得的纳米二氧化钛浆料制备的薄膜的扫描电子显微镜 的照片。图2.采用本专利技术实施例1所制得的纳米二氧化钛浆料与瑞士 Solaronix公司的 浆料产品solaronix-HT为原料，制备染料敏化太阳能电池光阳极并组装成电池，测试组装 电池所得的电池光电流和光电压曲线对比图。图3.本专利技术实施例2纳米二氧化钛浆料作为染料敏化太阳能电池光阳极膜材料 时，电池的光电流和光电压曲线图。图4.本专利技术实施例3纳米二氧化钛浆料作为柔性染料敏化太阳能电池光阳极膜材料时，电池的光电流和光电压曲线图。图5.本专利技术实施例1新制备的与放置近5个月后的纳米二氧化钛浆料普通照片对比图。具体实施例方式实施例1将3g纳米二氧化钛(日本曹达公司，ST-01)颗粒加入到60mL 0. 2M的硝酸溶液 中，然后将容器置于温度为120°C的油浴中进行搅拌4小时，蒸干，得到表面改性的纳米二 氧化钛颗粒；然后加27mL水或乙醇进行球磨，得到悬浊液；然后取静置后的上层悬浊液，力口 入12mL含Ig聚环氧乙烷和甲基纤维素的水溶液，混合均勻后进行球磨3小时得到染料敏 化太阳能电池用纳米二氧化钛浆料；其中，纳米二氧化钛浆料中的表面改性的纳米二氧化 钛颗粒的粒径约为lOnm，含量约为5wt%，聚环氧乙烷和甲基纤维的含量约为25wt%。，余量 为水或乙醇，纳米二氧化钛浆料的pH为1。用所制得的纳米二氧化钛浆料涂覆在掺杂氟的SnO2导电玻璃(简称FTO)上，经 450°C烧结30分钟后得到的薄膜的扫描电子显微镜的照片如图1所示。图1表明，该薄膜 表面非常平整，孔洞分布均勻，孔径为10 50nm之间，益于电解质的运输和染料分子的吸 附。而且该纳米二氧化钛膜与FTO基底的结合牢固，纳米二氧化钛颗粒间连接性好，利于电 子的传递。图2是不同纳米二氧化钛浆料作为染料敏化太阳能电池阳极膜材料时，电池的光 电流和光电压曲线对比图。曲线1对应的电池阳极材料为实施例1制备的纳米二氧化钛浆 料，曲线2对应的电池阳极材料为Solaronix公司的浆料solaronix-HT。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种染料敏化太阳能电池用纳米二氧化钛浆料的制备方法，其特征是：　　在温度为６０～１２０℃下，将纳米二氧化钛颗粒加入到酸中进行搅拌，蒸干，得到表面改性的纳米二氧化钛颗粒；然后加水或乙醇进行球磨，得到悬浊液；向悬浊液中加入表面活性剂溶液，得到混合悬浊液，混合均匀后进行球磨０．５小时以上；其中，混合悬浊液中表面改性的纳米二氧化钛颗粒的含量为５ｗｔ％～３０ｗｔ％，表面活性剂的含量为２ｗｔ‰～２５ｗｔ‰，余量为水或乙醇，混合悬浊液的ｐＨ范围为１～６。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：只金芳，曾庆慧，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]