CN101090141A - 一种电绝缘盐修饰的杂化电极的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于染料敏化太阳能电池的，电绝缘盐修饰的杂化电极的制备方法，其特征在于步骤是：①.配制5mM～0.1M的Sr(CH3COO)2溶液；②.将TiO2纳米晶膜浸入Sr(CH3COO)2溶液中，反应完成后取出并用去离子水冲洗并烘干；③.热处理修饰后的TiO2纳米晶膜，即可得到SrCO3修饰的TiO2杂化电极。本发明的有益效果在于：解决了染料敏化太阳能电池中TiO2/电解质界面电荷复合大的缺点，有利于提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率，而且该方法生产工艺简单、易操作、不依赖任何大型设备、成本低廉。

Description

一种电绝缘盐修饰的杂化电极的制备方法
技术领域
本发明属于染料敏化太阳能电池纳米晶膜的研究领域，涉及制备以SrCO3为代表的碱性电绝缘盐修饰的TiO2杂化电极。
背景技术
N719敏化的液态电解质染料敏化纳米晶太阳能电池的理论光电转换效率是14％，而目前Gratzel组报道的只有10％左右，其它课题组报道的更低。这是由于染料敏化纳米晶太阳能电池内存在大量的电荷复合，限制了染料敏化纳米晶太阳能电池效率的提高。经实际研究可知：采用碱性的SrCO3电绝缘盐修饰TiO2纳米晶膜，以抑制TiO2/染料/电解质界面的电荷复合。
在光照条件下，TiO2/电解质界面的电荷复合占整个染料敏化纳米晶太阳能电池复合的主导，严重影响染料敏化纳米晶太阳能电池光电转换效率的提高。国内外的研究者尝试引入大量的宽禁带氧化物，例如ZnO，Al2O3，SiO2，ZrO2，Nb2O5等修饰TiO2纳米晶膜，以减小界面复合、提高光电转换效率，取得了一定的成效。但引入碱性的电绝缘盐修饰TiO2纳米晶膜，加速电荷分离、抑制电荷复合从而提高光电转换效率的报道还不多见。而制备SrCO3修饰TiO2纳米晶膜，以提高染料敏化太阳能电池转换效率的工作目前还未见报道。
发明内容
本发明所要解决的问题是针对上述现有技术提出一种电绝缘盐修饰的杂化电极的制备方法，由该方法制备的杂化电极，应用于染料敏化太阳能电池后的光电效率有较大提高。
本发明为解决上述提出问题采用的解决方案为：一种电绝缘盐修饰的杂化电极的制备方法，其特征在于步骤是：
①、配制5mM～0.1M的Sr(CH3COO)2溶液；
②、将TiO2纳米晶膜浸入Sr(CH3COO)2溶液中，反应完成后取出并用去离子水冲洗并烘干；
③、热处理修饰后的TiO2纳米晶膜，即可得到SrCO3修饰的TiO2杂化电极。
如上所述的电绝缘盐修饰的杂化电极的制备方法，其特征在于：将TiO2纳米晶膜浸入50-80度恒温的Sr(CH3COO)2溶液中，10-35分钟后取出并用去离子水冲洗并烘干。溶液的温度会影响反应完成的时间，对其电化学性能影响不明显，在50-80度的区间而且用恒温的方式，比较易于重复的进行，操作简单易于控制。
如上所述的电绝缘盐修饰的杂化电极的制备方法，其特征在于：所述TiO2胶体可以是水热法合成的，也可以由购买的P25粉(从Degussa AG of Germany公司购买)配制成。
敏化制得的杂化电极，滴加氧化还原电解质于敏化后的纳米晶膜上，加盖对电极，可组装成染料敏化纳米晶太阳能电池。
按上述方案中，所述的氧化还原电解质配比为：0.1MLiI，0.05MI2，0.6M1，2-dimethyl-3-n-propylimidazolium(1，2甲基-3-n-丙基咪唑碘)，0.5M4-tertbutylpyridine(4-叔丁基吡啶)，溶剂为碳酸丙烯脂。所用的染料为N719。
本发明上述杂化电极包括SrCO3电绝缘层和TiO2纳米晶膜层两层，SrCO3电绝缘层通TiO2纳米晶膜表面的离子吸附均匀的沉积于TiO2上(具体的机理可参见A.Kay andM.Grtzel，Chem.Mater.，2002，14，2930)，TiO2上的SrCO3电绝缘层有利于抑制电荷复合提高电池的光电转换效率。
本发明的有益效果在于：
1.本发明提出了一种应用于染料敏化太阳能电池电绝缘盐修饰的杂化电极的制备方法。较好的解决了染料敏化太阳能电池中TiO2/电解质界面电荷复合大的缺点，提高了染料敏化太阳能电池的光电转换效率。
2.沉积在TiO2上的SrCO3电绝缘层有利于抑制TiO2/电解质界面的电荷复合，提高光电转换效率。
具体的实施方式
以下结合具体的实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1  50mM Sr(CH3COO)2处理TiO2纳米晶膜，制备SrCO3修饰的TiO2杂化电极。
水热合成TiO2胶体(参见C.J.Barbe，F.Arendse，P.Comte，M.Jirousek，F.Lenzmann，V.Shklover and M.Gratzel，J.Am.Ceram.Soc 80(12)3157(1997).)，采用粉末涂覆法(参见A.Kay and M.Gratzel Chem.Mater.，2002，14，2930.)制备12μm TiO2纳米晶膜。配制50mM的Sr(CH3COO)2溶液，将TiO2纳米晶膜浸入65度恒温的50mMSr(CH3COO)2溶液中。20分钟后，取出TiO2纳米晶膜用去离子水冲洗后烘干。热处理烘干的TiO2纳米晶膜，即得到SrCO3覆盖的TiO2纳米晶膜。采用N719敏化TiO2纳米晶膜，滴加氧化还原电解质，其配比为：0.1MLiI，0.05MI2，0.6M1，2-dimethyl-3-n-propylimidazolium(1，2甲基-3-n-丙基咪唑碘)，0.5M4-tertbutylpyridine(4-叔丁基吡啶)，溶剂为碳酸丙烯脂。盖上镀铂的导电玻璃作对电极，组装成染料敏化纳米晶太阳能电池。
在室温环境，使用500W氙灯并配以GG420，Prinz Optics IR-3滤光片模拟太阳光，光强为75mW/cm2(辐照计：北京师范大学，型号：FZ-A)条件下，测得经50mMSr(CH3COO)2修饰的染料敏化纳米晶太阳能电池(有效光照面积为0.5cm2)的光电转换效率为8.73％，比未经Sr(CH3COO)2修饰的染料敏化纳米晶太阳能电池效率(7.8％)提高0.93％。
实施例2 5mM Sr(CH3COO)2处理TiO2纳米晶膜，制备SrCO3修饰的TiO2杂化电极。
水热合成TiO2胶体(参见C.J.Barbe，F.Arendse，P.Comte，M.Jirousek，F.Lenzmann，V.Shklover and M.Gratzel，J.Am.Ceram.Soc 80(12)3157(1997).)，采用粉末涂覆法(参见A.Kay and M.Gratzel Chem.Mater.，2002，14，2930.)制备10μm TiO2纳米晶膜。配制5mM的Sr(CH3COO)2溶液，将TiO2纳米晶膜浸入60度恒温的5mMSr(CH3COO)2溶液中。30分钟后，取出TiO2纳米晶膜并用去离子水冲洗后烘干。热处理烘干的TiO2纳米晶膜，即得到SrCO3覆盖的TiO2纳米晶膜。采用N719敏化TiO2纳米晶膜，滴加氧化还原电解质，其配比为：0.1MLiI，0.05MI2，0.6M1，2-dimethyl-3-n-propylimidazolium(1，2甲基-3-n-丙基咪唑碘)，0.5M4-tertbutylpyridine(4-叔丁基吡啶)，溶剂为碳酸丙烯脂。盖上镀铂的导电玻璃作对电极，组装成染料敏化纳米晶太阳能电池。
在室温环境，使用500W氙灯并配以GG420，Prinz Optics IR-3滤光片模拟太阳光，光强为75mW/cm2(辐照计：北京师范大学，型号：FZ-A)条件下，测得经5mMSr(CH3COO)2修饰的染料敏化纳米晶太阳能电池(有效光照面积为0.5cm2)的光电转换效率为7.67％，比未经Sr(CH3COO)2修饰的染料敏化纳米晶太阳能电池效率(8.34％)提高0.67％。
实施例3 0.1MSr(CH3COO)2制备的TiO2纳米晶膜，制备SrCO3修饰的TiO2杂化电极。
采用P25粉(从Degussa AG of Germany公司购买)配制成胶体(参见M.K.Nazeeruddin，A.Kay，I.Rodicio，R.Humphry-Baker，E.Mu¨ller，P.Liska，N.Vlachopoulos，and M.Gratzel，J.Am.Chem.Soc.，115，6382(1993).)，采用粉末涂覆法(参见A.Kay and M.Gratzel Chem.Mater.，2002，14，2930.)制备12μm TiO2纳米晶膜。配制0.1M的Sr(CH3COO)2溶液，将TiO2纳米晶膜浸入65度恒温的50mMSr(CH3COO)2溶液中。10分钟后，取出TiO2纳米晶膜并用去离子水冲洗后烘干。热处理烘干的TiO2纳米晶膜，即得到SrCO3覆盖的TiO2纳米晶膜。采用N719敏化TiO2纳米晶膜，滴加氧化还原电解质，其配比为：0.1MLiI，0.05MI2，0.6M1，2-dimethyl-3-n-propylimidazolium(1，2甲基-3-n-丙基咪唑碘)，0.5M4-tertbutylpyridine(4-叔丁基吡啶)，溶剂为碳酸丙烯脂。盖上镀铂的导电玻璃作对电极，组装成染料敏化纳米晶太阳能电池。
在室温环境，使用500W氙灯并配以GG420，Prinz Optics IR-3滤光片模拟太阳光，光强为75mW/cm2(辐照计：北京师范大学，型号：FZ-A)条件下，测得经0.1MSr(CH3COO)2修饰的染料敏化纳米晶太阳能电池(有效光照面积为0.5cm2)的光电转换效率为7.4％，比未经Sr(CH3COO)2修饰的染料敏化纳米晶太阳能电池效率(6.97％)提高0.43％。

Claims (3)

1、一种电绝缘盐修饰的杂化电极的制备方法，其特征在于步骤是：
①、配制5mM～0.1M的Sr(CH3COO)2溶液；
②、将TiO2纳米晶膜浸入Sr(CH3COO)2溶液中，反应完成后取出用去离子水冲洗并烘干；
③、热处理修饰后的TiO2纳米晶膜，即可得到SrCO3修饰的TiO2杂化电极。
2、如权利要求1所述的一种电绝缘盐修饰的杂化电极的制备方法，其特征在于：将TiO2纳米晶膜浸入50-80度恒温的Sr(CH3COO)2溶液中，10-35分钟后取出用去离子水冲洗并烘干。
3、如权利要求1或2所述的一种电绝缘盐修饰的杂化电极的制备方法，其特征在于：所述TiO2胶体可以是水热法合成的，也可以由购买的P25粉配制成。
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