專利名稱：高效率TiO₂納米管基的染料敏化太陽能電池及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于太陽能電池技術領域，更具體涉及一種高效率Ti02納米管基的染料敏化太陽 能電池及其制備方法。
背景技術：
自從上世紀90年代初，瑞士科學家以Ti02為陽電極把染料敏化太陽能電池的光電轉化 效率提高到6-7%以后，在世界上引起了廣泛地關注，目前，這一電池的光電轉化效率已達到 11%的水平。然而，由于所用的敏化劑為貴金屬釕基的配合物，價格昂貴，阻礙著這一電池 的未來推廣應用。因此，利用廉價的染料敏化劑的電池、尋找合適的Ti02基體材料，提高該 類型的電池性能， 一直是本領域研究的重點。 發(fā)明目的
本發(fā)明的目的是提供一種高效率Ti02納米管基的染料敏化太陽能電池及其制備方法；該 制備方法簡單，成本降低，電池光電轉化率高，具有優(yōu)異的經濟效益。
本發(fā)明的效率Ti02納米管基的染料敏化太陽能電池為三明治結構的染料敏化太陽能電 池；所述太陽能電池的兩邊部分分別為導電玻璃FTO和對電極，中間兩部分分別為浸漬有有 機染料的Ti02納米管薄膜和電解質溶液。
本發(fā)明的高效率Ti02納米管基的染料敏化太陽能電池的制備步驟為
1) 使用水熱合成法合成鈦酸鹽納米管，經過處理和燒結形成銳鈦礦型的Ti02納米管；
2) 將步驟l)制備的銳鈦礦型的Ti02納米管浸漬到染料N719溶液中3-5天后取出，電 極薄膜的顏色由白色變?yōu)樯罴t色，再把它與對電極和注入液態(tài)電解質溶液組裝在一 起，形成三明治結構的染料敏化太陽能電池。
本發(fā)明的顯著優(yōu)點是本發(fā)明利用一維結構的Ti02納米管具有很高比表面積，可以吸附 大量的染料分子，提高光電流。同時， 一維結構作為電極材料，有利于電子的快速傳送，抑 制電子的電極薄膜中再結合，提高開路電壓，作為染料敏化太陽能電池的電極薄膜，最高光 電轉化效率達到7.9%，制備方法簡單易行，適合大規(guī)模的推廣，具有顯著的經濟效益。


圖1是本發(fā)明的三明治結構的染料敏化太陽能電池示意圖。 圖2是本發(fā)明的三明治結構的染料敏化太陽能電池電子轉移示意圖。 圖l、圖2中1導電玻璃FTO; 2Ti02納米管電極薄膜；3染料N719溶液；4電解質溶、液;
5對電極。
圖3光電流一電壓關系曲線；橫坐標開路電壓VOC;縱坐標短路電流Jsc; FF:填 充因子；Eff:轉化效率。
圖4光譜響應曲線圖；IPCE: 量子轉化效率；Wavelength:波長。
具體實施方式
所述的制備步驟為
1) 使用水熱合成法合成鈦酸鹽納米管，經過處理和燒結形成銳鈦礦型的Ti02納米管；
2) 將步驟1)制備的銳鈦礦型的Ti02納米管浸漬到N719染料溶液中3-5天后取出，電 極薄膜的顏色由白色變?yōu)樯罴t色，再把它與對電極和注入液態(tài)電解質溶液組裝在一 起，形成三明治結構的染料敏化太陽能電池。
3) 銳鈦礦型的Ti02納米管的制備步驟為市販的Ti02 (2g)粉末與10M的NaOH (100 mL)在90-100度下反應48-96小時后，所得的產物用0.1MHC1洗滌3-7天，以充 分的除去Na離子。再經過450-550度燒結，制得銳鈦礦型的1102納米管。
染料溶液為0.3 m mol N719溶液。
在標準條件下(100mW， 1Sun)，測定其光電轉化效率。例如電極薄膜厚度為17.6 pm 的電池，其光電轉化效率達到7.9%;這是目前用同類電極材料中效率最高的電池。 以下實施例進一步說明本發(fā)明，但是本發(fā)明不僅限于此。 實施例1
所述的制備步驟為
1) 使用水熱合成法合成鈦酸鹽納米管，經過處理和燒結形成銳鈦礦型的Ti02納米管；
2) 將步驟l)制備的銳鈦礦型的Ti02納米管浸漬到N719染料溶液中3天后取出，電極 薄膜的顏色由白色變?yōu)樯罴t色，再把它與對電極和注入液態(tài)電解質溶液組裝在一起， 形成三明治結構的染料敏化太陽能電池。
3) 銳鈦礦型的Ti02納米管的制備步驟為市販的Ti022g粉末與10M的NaOH(100mL) 在卯度下反應96小時后，所得的產物用0.1MHC1洗滌3天，以充分的除去Na離 子。再經過450度燒結，制得銳鈦礦型的Ti02納米管。
染料溶液為0.3 m mol N719溶液。
在標準條件下(100mW， 1Sun)，測定其光電轉化效率。例如電極薄膜厚度為17.6拜 的電池，其光電轉化效率達到7.9%;這是目前用同類電極材料中效率最高的電池。 實施例2
所述的制備步驟為
1) 使用水熱合成法合成鈦酸鹽納米管，經過處理和燒結形成銳鈦礦型的Ti02納米管；
2) 將步驟1)制備的銳鈦礦型的Ti02納米管浸漬到N719染料溶液中5天后取出，電極 薄膜的顏色由白色變?yōu)樯罴t色，再把它與對電極和注入液態(tài)電解質溶液組裝在一起， 形成三明治結構的染料敏化太陽能電池。
3) 銳鈦礦型的Ti02納米管的制備步驟為市販的Ti02 (2g)粉末與10M的NaOH (100 mL)在100度下反應48小時后，所得的產物用0.1MHC1洗滌7天，以充分的除去 Na離子。再經過550度燒結，制得銳鈦礦型的Ti02納米管。
染料溶液為0.3 m molN719溶液。
在標準條件下(100mW， lSun),測定其光電轉化效率。例如電極薄膜厚度為17.6 (am 的電池，其光電轉化效率達到7.9%:這是目前用同類電極材料中效率最高的電池。 實施例3
所述的制備步驟為
4) 使用水熱合成法合成鈦酸鹽納米管，經過處理和燒結形成銳鈦礦型的Ti02納米管；
5) 將步驟1 )制備的銳鈦礦型的Ti02納米管浸漬到N719染料溶液中4天后取出，電極 薄膜的顏色由白色變?yōu)樯罴t色，再把它與對電極和注入液態(tài)電解質溶液組裝在一起， 形成三明治結構的染料敏化太陽能電池。
6) 銳鈦礦型的Ti02納米管的制備步驟為市販的Ti02 (2g)粉末與10M的NaOH (100 mL)在65度下反應50-80小時后，所得的產物用0.1MHC1洗滌5天，以充分的除 去Na離子。再經過500度燒結，制得銳鈦礦型的Ti02納米管。
染料溶液為0.3 mmolN719溶液。 在標準條件下(100mW， 1 Sun),測定其光電轉化效率。例如電極薄膜厚度為17.6jom的電 池，其光電轉化效率達到7.9%;這是目前用同類電極材料中效率最高的電池。
權利要求
1. 一種高效率TiO2納米管基的染料敏化太陽能電池，其特征在于所述的太陽能電池為三明治結構的染料敏化太陽能電池；所述太陽能電池的兩邊部分分別為導電玻璃FTO和對電極，中間兩部分分別為浸漬有有機染料的TiO2納米管薄膜和電解質溶液。
2. —種如權利要求l所述的高效率Ti02納米管基的染料敏化太陽能電池的制備方法，其特 征在于所述的制備步驟為1) 使用水熱合成法合成鈦酸鹽納米管，經過處理和燒結形成銳鈦礦型的Ti02納米管；2) 將步驟l)制備的銳鈦礦型的Ti02納米管浸漬到染料N719溶液中3-5天后取出，電 極薄膜的顏色由白色變?yōu)樯罴t色，再把它與對電極和注入液態(tài)電解質溶液組裝在一 起，形成三明治結構的染料敏化太陽能電池。
3. 根據權利要求2所述的高效率Ti02納米管基的染料敏化太陽能電池制備方法，其特征在 于所述銳鈦礦型的Ti02納米管的制備步驟為Ti022g粉末與100 mL 10M的NaOH溶 液在90-100度下反應48-96小時后，所得的產物用0.1MHCl洗滌3-7天，以充分的除去 Na離子；再經過450-550度燒結，制得銳鈦礦型的Ti02納米管。
4. 根據權利要求2所述的高效率Ti02納米管基的染料敏化太陽能電池制備方法，其特征在 于所述染料溶液為0.3 m mol N719溶液。
5. 根據權利要求1所述的染料敏化太陽能電池、權利要求2、 3或4所述制備的染料敏化太 陽能電池在標準條件下，1Sun， 100mW/cm2;光電轉化效率達到7.9%。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高效率TiO₂納米管基的染料敏化太陽能電池及其制備方法；該太陽能電池為三明治結構的染料敏化太陽能電池；制備步驟為使用水熱合成法合成鈦酸鹽納米管，經過處理和燒結形成銳鈦礦型的TiO₂納米管；將銳鈦礦型的TiO₂納米管浸漬到N719染料溶液中3-5天后取出，電極薄膜的顏色由白色變?yōu)樯罴t色，再把它與對電極和注入液態(tài)電解質溶液組裝在一起，形成三明治結構的染料敏化太陽能電池。本發(fā)明該制備方法簡單，成本降低，電池光電轉化率高，具有優(yōu)異的經濟效益。
文檔編號H01G9/20GK101388293SQ20081007195
公開日2009年3月18日 申請日期2008年10月20日 優(yōu)先權日2008年10月20日
發(fā)明者魏明燈 申請人:福州大學