CN100492678C - 染料敏化太阳能电池用纳米晶二氧化钛膜的制备方法 - Google Patents

染料敏化太阳能电池用纳米晶二氧化钛膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种染料敏化太阳能电池用纳米晶二氧化钛膜的制备方法，其以有机钛酸盐作为钛源，以高聚物作模板剂，溶于有机溶剂制备成初始浆料，用丝网印刷技术在导电玻璃表面印制二氧化钛膜，再经高温处理得到染料敏化太阳能电池用纳米晶二氧化钛膜。通过本发明方法制备的纳米晶二氧化钛膜具有较高的透光性，高的表面积，高的稳定性，长的使用寿命，简便的制备工艺，在应用到染料敏化太阳能电池后，使这一新型太阳能电池简便、低成本制备成为可能。此外本技术制备的二氧化钛膜也可以用于光催化、玻璃镀膜，传感器等领域。

Description

染料敏化太阳能电池用纳米晶二氧化钛膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种新的制备纳米晶二氧钛膜的方法，属于新材料技术以及新能源技术领域。
背景技术
染料敏化太阳能电池是九十代开发出的一种新型化学太阳能电池，具有低的成本，简便的制备工艺以及好的环境相容性具有很好的应用前景。制备高性能的二氧化钛膜是提高其光电转换效率的关键，同时简单的制备工艺也是降低其成本和走向实用化的前提。但长期以来二氧化钛膜的制备依赖于水热技术，需要在高温高压条件下及特殊的反应釜，此外制备工艺较为复杂，在对二氧化钛膜的可控性制备上不完善，所制备的纳米晶二氧化钛膜也是无序的。这些对于染料敏化太阳能电池都是不利的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单的染料敏化太阳能电池用纳米晶二氧化钛膜的制备方法，其可制备高效有序组装的纳晶多孔二氧化钛膜，为染料敏化太阳能电池产业化奠定良好的基础。
本发明染料敏化太阳能电池用纳米晶二氧化钛膜的制备方法，可以按照下述技术方案实现：
第一步，按体积比为2:1～1:3的比例，将有机钛醇盐溶于有机溶剂，搅拌均匀；
第二步，按质量比为1:50～1:400的比例，将高分子模板剂溶于有机溶剂，加热搅拌使其完全溶解；
第三步，将第一步和第二步制备的溶液以体积比为1:1～4:1的比例混合，搅拌12-24小时使有机钛醇盐和高分子模板剂在有机溶剂中完全反应；
第四步，按照体积比为1:2-4:1的比例，在第三步所得的溶液中加入添加剂，得到丝印用胶体；
第五步，将得到的胶体用丝网印刷技术印到导电玻璃表面，干燥后置于100℃-120℃干燥2-4小时，后置于450-500℃烧结1-2小时，重复以上步骤直到达到所需的膜厚要求，即可得到染料敏化太阳能电池用纳米晶二氧化钛膜。
上述有机钛醇盐为钛酸异丙酯或钛酸正丁酯。
上述高分子模板剂为聚苯乙烯、羧基改性聚苯乙烯、共聚半胱氨酸-赖氨酸、聚氧乙烯-聚氧丙烯中的一种。
上述有机溶剂为乙醇、异丙醇、N，N-二甲基甲酰胺、甲苯中的一种。
上述添加剂为松油醇、纤维素、印刷胶油中的一种。
采用上述方案后，本发明通过有机钛醇盐与高分子模板在有机溶剂中组装，经添加添加剂制备涂覆二氧化钛膜用胶体，后经丝网印刷制备二氧化钛膜，经高温烧结后就可以获得高性能的染料敏化太阳能电池用纳晶二氧化钛膜。高分子模板能使二氧化钛纳米粒子有序组装，同时也会使制备的二氧化钛膜呈多孔的海绵状结构。丝网印刷可以很方便大面积的制备各形式的二氧化钛膜，有利于工业化生产。因此这一制备技术在制备二氧化钛膜方面具有很大的优势。本发明方法制备的二氧化钛膜具有有序的孔道结构，高的比表积和高的透光性，在应用到染料敏化太阳能电池后能大大简化二氧化钛膜的制备工序，降低制造成本，促进染料敏化太阳能电池的实用化。
具体实施方式
实施例1：
染料敏化太阳能电池用纳米晶二氧化钛膜的制备方法，通过如下步骤实现：
第一步，按体积比为1:1的比例，将钛酸异丙酯溶于异丙醇中，搅拌均匀；
第二步，按质量比为1:150的比例，将聚苯乙烯剂溶于甲苯中，加热搅拌使其完全溶解；
第三步，将第一步和第二步制备的溶液以体积比为3:1的比例混合，搅拌16小时使钛酸异丙酯和聚苯乙烯在异丙醇与甲苯中完全反应；
第四步，按照体积比为1:1的比例，在第三步所得的溶液中加入松油醇，得到丝印用胶体；
第五步，将得到的胶体用丝网印刷技术印到导电玻璃表面，干燥后置于110℃干燥2小时，后置于500℃烧结1-2小时，重复以上步骤直到达到所需的膜厚要求，即可得到染料敏化太阳能电池用纳米晶二氧化钛膜。
实施例2：
染料敏化太阳能电池用纳米晶二氧化钛膜的制备方法，通过如下步骤实现：
第一步，按体积比为3:2的比例，将钛酸异丙酯溶于乙醇中，搅拌均匀；
第二步，按质量比为1:300的比例，将聚氧乙烯-聚氧丙烯溶于乙醇中，加热搅拌使其完全溶解；
第三步，将第一步和第二步制备的溶液以体积比为2:1的比例混合，搅拌24小时使钛酸异丙酯和聚氧乙烯-聚氧丙烯在乙醇中完全反应；
第四步，按照体积比为1:2的比例，在第三步所得的溶液中加入印刷胶油，得到丝印用胶体；
第五步，将得到的胶体用丝网印刷技术印到导电玻璃表面，干燥后置于110℃干燥4小时，后置于500℃烧结1小时，重复以上步骤直到达到所需的膜厚要求，即可得到染料敏化太阳能电池用纳米晶二氧化钛膜。
实施例三：
染料敏化太阳能电池用纳米晶二氧化钛膜的制备方法，通过如下步骤实现：
第一步，按体积比为2:1的比例，将钛酸正丁酯溶于乙醇中，搅拌均匀；
第二步，按质量比为1:100的比例，将羧基改性聚苯乙烯溶于N，N-二甲基甲酰胺中，加热搅拌使其完全溶解；
第三步，将第一步和第二步制备的溶液以体积比为2:1的比例混合，搅拌24小时使钛酸异丙酯和羧基改性聚苯乙烯在乙醇中完全反应；
第四步，按照体积比为3:1的比例，在第三步所得的溶液中加入松油醇，得到丝印用胶体；
第五步，将得到的胶体用丝网印刷技术印到导电玻璃表面，干燥后置于120℃干燥4小时，后置于450℃烧结2小时，重复以上步骤直到达到所需的膜厚要求，即可得到染料敏化太阳能电池用纳米晶二氧化钛膜。
实施例四：
染料敏化太阳能电池用纳米晶二氧化钛膜的制备方法，通过如下步骤实现：
第一步，按体积比为2:3的比例，将钛酸异丙酯溶于异丙醇中，搅拌均匀；
第二步，按质量比为1:300的比例，将共聚半胱氨酸-赖氨酸溶于N，N-二甲基甲酰胺，加热搅拌使其完全溶解；
第三步，将第一步和第二步制备的溶液以体积比为3:1的比例混合，搅拌24小时使钛酸异丙酯和共聚半胱氨酸-赖氨酸在异丙醇中完全反应；
第四步，按照体积比为1:1的比例，在第三步所得的溶液中加入丝用胶油，得到丝印用胶体；
第五步，将得到的胶体用丝网印刷技术印到导电玻璃表面，干燥后置于110℃干燥4小时，后置于450℃烧结1小时，重复以上步骤直到达到所需的膜厚要求，即可得到染料敏化太阳能电池用纳米晶二氧化钛膜。

Claims (5)

1、染料敏化太阳能电池用纳米晶二氧化钛膜的制备方法，其特征在于：通过如下步骤实现：
第一步，按体积比为2:1～1:3的比例，将有机钛醇盐溶于有机溶剂，搅拌均匀；
第二步，按质量比为1:50～1:400的比例，将高分子模板剂溶于有机溶剂，加热搅拌使其完全溶解；
第三步，将第一步和第二步制备的溶液以体积比为1:1～4:1的比例混合，搅拌12-24小时使有机钛醇盐和高分子模板剂在有机溶剂中完全反应；
第四步，按照体积比为1:2-4:1的比例，在第三步所得的溶液中加入添加剂得到丝印用胶体；
第五步，将得到的胶体用丝网印刷技术印到导电玻璃表面，干燥后置于100℃-120℃干燥2-4小时，后置于450-500℃烧结1-2小时，重复以上步骤直到达到所需的膜厚要求，即可得到染料敏化太阳能电池用纳米晶二氧化钛膜。
2、根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池用纳米晶二氧化钛膜的制备方法，其特征在于：上述有机钛醇盐为钛酸异丙酯或钛酸正丁酯。
3、根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池用纳米晶二氧化钛膜的制备方法，其特征在于：上述高分子模板剂为聚苯乙烯、羧基改性聚苯乙烯、共聚半胱氨酸-赖氨酸、聚氧乙烯-聚氧丙烯中的一种。
4、根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池用纳米晶二氧化钛膜的制备方法，其特征在于：上述有机溶剂为乙醇、异丙醇中的一种。
5、根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池用纳米晶二氧化钛膜的制备方法，其特征在于：上述添加剂为松油醇、纤维素、印刷胶油中的一种。
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