CN104846414B - 一种TiO2半导体光阳极的微弧氧化制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微弧氧化技术，特指一种在FTO玻璃表面制备燃料敏化太阳能电池用TiO2半导体光阳极的方法。首先对FTO玻璃进行除油去污清洗，即在乙醇和丙酮中进行超声清洗，最后用去离子水超声清洗，烘干代用；采用镀膜机在FTO玻璃表面上镀纯钛膜；对表面镀有钛膜额FTO玻璃进行微弧氧化处理；将表面生成了微弧氧化膜的FTO玻璃进行清洗和干燥，其特征在于：在0.1‑1mol/L的硫酸铵或者0.1‑1mol/L的硫酸溶液中进行微弧氧化。

Description

一种TiO2半导体光阳极的微弧氧化制备方法
技术领域
本发明涉及微弧氧化技术，特指一种在FTO玻璃表面制备燃料敏化太阳能电池用TiO2半导体光阳极的方法。
背景技术
微弧氧化技术作为一项近几年发展起来的金属标表面改性技术，该技术可以在材料表面改性尤其是金属表面制备各种功能薄膜，尤其适用于Al、Mg、Ti等金属材料，近年来，能源问题收到了普遍关注，太阳能电池发展迅速，燃料敏化太阳能电池便是其中一种。有学者通过微弧氧化膜制备了基于金属钛基的TiO2半导体光阳极；近几年FTO透明导电膜作为电阳能电池的窗口材料获得了迅速发展，常被用作燃料敏化太阳能电池光阳极半导体材料的衬底，作为受光面使用；对于燃料敏化太阳能电池TiO2电池而言，常常是在FTO玻璃上通过各种方法制备具有各种物理结构（如多孔、微纳米棒、管、线等）的TiO2微纳薄膜；由于微弧氧化的实质是一种等离子体增强的电化学处理，在反应的局部微区实现了高温、高压，因为有别于一般的阳极氧化和电化学沉积，这也已经被众多学者所认同；局部微区的高温、高压条件有利于获得常规条件下难以获得的物相结构，如晶体结构的物相等。
由于FTO不能直接进行微弧氧化红处理，因此难以通过微弧氧化直接TiO2微纳薄膜。本发明通过现在FTO玻璃表面镀一层纯钛，然后通过微弧氧化处理和燃料敏化，获得了基于透明导电膜的燃料敏化太阳能电池用TiO2半导体光阳极，此方法未见公开报道。
发明内容：
本发明的目的是提供一种在FTO玻璃表面生成TiO2薄膜并进而获得基于透明导电膜的燃料敏化太阳能电池用TiO2半导体光阳极方法。
本发明按照下述步骤进行：
（1）首先对FTO玻璃进行除油去污清洗，即在乙醇和丙酮中进行超声清洗，最后用去离子水超声清洗，烘干代用。
（2）采用镀膜机在FTO玻璃表面上镀纯钛膜。
（3）对表面镀有钛膜额FTO玻璃进行微弧氧化处理。
（4）将表面生成了微弧氧化膜的FTO玻璃进行清洗和干燥。
本发明微弧氧化工艺采用双向或单向脉冲电源，在0.1-1mol/L的硫酸铵或者0.1-1mol/L的硫酸溶液中进行微弧氧化，电压为300-600v，电流密度在5-20A/dm2之间，反应时间为5-30min。
本发明的独到之处和有益效果是：
（1）通过在FTO玻璃表面镀钛膜在进行微弧氧化处理，实现了对FTO的微弧氧化处理。
（2）FTO玻璃表面获得了具有一定微纳结构的晶体结构二氧化钛。
（3）本发明的工艺稳定可靠，微弧氧化设备简单，反应在常温下进行，操作方便，易于掌握。
（4）从原理上讲，适用于纯钛微弧氧化处理的电解液体系都将适用于镀有钛膜的FTO玻璃，并且根据微弧氧化的特点，可以方便地进行二氧化钛的掺杂、改性，因此本发明提供的微弧氧化方法具有较为广阔的应用潜力。
具体实施方式
实施例1
1．对FTO玻璃分别进行乙醇和丙酮超声清洗，重复3次，再通过去离子水超声清洗，烘干。
2．采用镀膜机对FTO玻璃表面上镀纯钛膜。
3.配置0.1mol/L的硫酸铵溶液，电压为300v，电流密度为5A/dm2，反应时间为30min，进行微弧氧化处理。
4.将表面生成了微弧氧化膜的钢铁进行清洗、干燥，获得表面具有二氧化钛的FTO玻璃。
实施例2
1.对FTO玻璃分别进行乙醇和丙酮超声清洗，重复3次，再通过去离子水超声清洗，烘干。
2.采用镀膜机对FTO玻璃表面上镀纯钛膜。
3. 配置1mol/L的硫酸溶液，电压为600v，电流密度在20A/dm2，反应时间为5min，进行微弧氧化处理。
4.将表面生成了微弧氧化膜的钢铁进行清洗、干燥，获得表面具有二氧化钛的FTO玻璃。
实施例3
1.对FTO玻璃分别进行乙醇和丙酮超声清洗，重复3次，再通过去离子水超声清洗，烘干。
2.采用镀膜机对FTO玻璃表面上镀纯钛膜。
3.配置0.5mol/L的硫酸铵溶液，电压为450v，电流密度在15A/dm2，反应时间为20min，进行微弧氧化处理。
4.将表面生成了微弧氧化膜的钢铁进行清洗、干燥，获得表面具有二氧化钛的FTO玻璃。

Claims (5)

1.一种TiO2半导体光阳极的微弧氧化制备方法，将FTO玻璃在乙醇和丙酮中进行超声清洗，最后用去离子水超声清洗，烘干待用；采用镀膜机在FTO玻璃表面上镀纯钛膜；对表面镀有钛膜的FTO玻璃进行微弧氧化处理；将表面生成了微弧氧化膜的FTO玻璃进行清洗和干燥，其特征在于：在0.1-1mol/L的硫酸铵溶液中进行微弧氧化；微弧氧化处理采用双向或单向脉冲电源，电压为300-600v，电流密度在5-20A/dm2之间，反应时间为5-30min。
2.一种TiO2半导体光阳极的微弧氧化制备方法，将FTO玻璃在乙醇和丙酮中进行超声清洗，最后用去离子水超声清洗，烘干待用；采用镀膜机在FTO玻璃表面上镀纯钛膜；对表面镀有钛膜的FTO玻璃进行微弧氧化处理；将表面生成了微弧氧化膜的FTO玻璃进行清洗和干燥，其特征在于：在0.1-1mol/L的硫酸溶液中进行微弧氧化；微弧氧化处理采用双向或单向脉冲电源，电压为300-600v，电流密度在5-20A/dm2之间，反应时间为5-30min。
3.如权利要求1所述的一种TiO2半导体光阳极的微弧氧化制备方法，其特征在于：配置0.1mol/L的硫酸铵溶液，电压为300v，电流密度为5A/dm2，反应时间为30min，进行微弧氧化处理。
4.如权利要求2所述的一种TiO2半导体光阳极的微弧氧化制备方法，其特征在于：配置1mol/L的硫酸溶液，电压为600v，电流密度在20A/dm2，反应时间为5min，进行微弧氧化处理。
5.如权利要求1所述的一种TiO2半导体光阳极的微弧氧化制备方法，其特征在于：配置0.5mol/L的硫酸铵溶液，电压为450v，电流密度在15A/dm2，反应时间为20min，进行微弧氧化处理。
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