CN101572190A - 一种有机载体体系的TiO2浆料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种有机载体体系的TiO2浆料的制备方法，包括如下步骤1)有机载体的配制：将乙基纤维素加入到松油醇中，在80℃条件下水浴搅拌2h，形成乙基纤维素和松油醇质量比为1∶10－1∶5、粘度为5.9Kcp－6.1Kcp的有机载体；2)TiO2纳米混晶的制备：将粒径为10nm－25nmTiO2纳米晶和粒径为20nm－100nm的TiO2纳米管按质量比1∶1－1∶3的比例进行混合；3)将按照步骤2)中所述方法制备的TiO2纳米混晶与有机载体按照18∶82－24∶76的比例进行充分混合后研磨1小时，得到有机载体体系纳米TiO2浆料。采用此浆料制备的TiO2薄膜具有较大的比表面，增强了光阳极对太阳光的吸收，同时提高了电子的传输速率，有效的改善了电池的性能。

Description

一种有机载体体系的TiO2浆料的制备方法
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种有机载体体系的TiO2浆料的制备方法。
背景技术
随着全球性矿物能源的枯竭和环境污染问题的加剧，太阳能资源的利用已经引起了世界的关注，由此太阳能电池的研究也成为世界范围内的研究热点。在各种新型太阳能电池中，染料敏化太阳能电池以其制作工艺简单、便于大规模生产、成本低廉等优点愈来愈受到广泛重视。
在染料敏化太阳能电池中，多孔光阳极的性能对电池的性能的影响尤为重要。为实现尽可能多的吸附染料，同时实现与导电基底的牢固接触，并实现电子从染料激发态到导电衬底的传输以及电解质中氧化还原电对的有效传输，因而多孔光阳极的制备技术非常关键。
目前多孔光阳极的制备多采用商业采购的P25纳米晶TiO2，用以制备多孔结构的TiO2膜。这种多孔膜具有很大的比表面，有利于增加染料的吸附量，达到充分吸收太阳光能的目的。
近年来关于纳米管在太阳能电池中的应用有广泛研究，大多认为TiO2纳米管具有更大的比表面积，同时纳米管的管状结构更有利于实现电子的有效传输，但是纳米管直接制备在导电基底上却较难于实现。
因此可以将比表面积较大的小粒径的纳晶TiO2粒子与比表面积较大的管状的纳米TiO2粉体相混合，直接在导电基底上成膜制备出满足染料敏化太阳能电池要求的高比表面积与具有较高传输效率的电子传输层，增加光电流的输出，提高光电转换效率。
发明内容：
针对现有技术中TiO2纳米管直接在导电基底上难于实现的技术问题，本发明提出了一种TiO2浆料的制备方法，具体步骤如下：
1)有机载体的配制：将1份乙基纤维素按照质量份数比1∶10-1∶5加入到松油醇中，在80℃条件下水浴搅拌2h，形成粘度为5.9Kcp-6.1Kcp的有机载体；
TiO2纳米混晶的制备：将粒径为10nm-25nm的TiO2纳米晶和粒径为20nm-100nm的TiO2纳米管按质量份数比1∶1-1∶3的比例进行混合；
3)有机载体体系纳米TiO2浆料的制备：将按照步骤2)方法制备的TiO2纳米混晶与与步骤1)中制备的有机载体进行混合，其中，TiO2纳米混晶的质量份数为18-24份，混合均匀后研磨1小时，得到有机载体体系纳米TiO2浆料。
本发明使用粒径为10nm-25nm的TiO2纳米晶体和粒径为20nm-100nm的纳米管混和制备有机载体的TiO2浆料，采用此浆料制备的TiO2薄膜具有较大的比表面，增强了光阳极对太阳光的吸收，同时提高了电子的传输速率，有效的改善了电池的性能。本发明TiO2浆料的制备方法可以实现大面积TiO2薄膜的制备和生产，为染料敏化太阳能电池的产业化奠定了良好的应用基础。
附图说明
图1为本发明的TiO2浆料组装的电池与商业采购的的浆料组装的电池实验对比曲线图。
实施例1：
一种有机载体体系的TiO2浆料的制备方法，包括如下步骤：
1)有机载体的配制：将1份乙基纤维素按照质量份数比1∶5加入到松油醇中，在80℃条件下水浴搅拌2h，形成粘度为6.1Kcp的有机载体；
2)TiO2纳米混晶的制备：将粒径为25nm的TiO2纳米晶和粒径为100nm的TiO2纳米管按质量比1∶3的比例进行混合；
3)有机载体体系纳米TiO2浆料的制备：将按照步骤2)方法制备的TiO2纳米混晶与步骤1)中制备的有机载体进行混合，其中，TiO2纳米混晶的质量份数为18份，混合均匀后研磨1小时，得到有机载体体系纳米TiO2浆料。
实施例2：
一种有机载体体系的TiO2浆料的制备方法，包括如下步骤：
1)有机载体的配制：将1份乙基纤维素按照质量份数比1∶7加入到松油醇中，在80℃条件下水浴搅拌2h，形成粘度为6.0Kcp的有机载体；
2)TiO2纳米混晶的制备：将粒径为25nm的TiO2纳米晶和粒径为100nm的TiO2纳米管按质量比1∶1的比例进行混合；
3)有机载体体系纳米TiO2浆料的制备：将按照步骤2)方法制备的TiO2纳米混晶与步骤1)中制备的有机载体进行混合，其中，TiO2纳米混晶的质量份数为24份，混合均匀后研磨1小时，得到有机载体体系纳米TiO2浆料。
实施例3：
一种有机载体体系的TiO2浆料的制备方法，包括如下步骤：
1)有机载体的配制：将1份乙基纤维素按照质量份数比1∶10加入到松油醇中，在80℃条件下水浴搅拌2h，形成粘度为5.9Kcp的有机载体；
2)TiO2纳米混晶的制备：将粒径为25nm的TiO2纳米晶和粒径为100nm的TiO2纳米管按质量比1∶2的比例进行混合；
3)有机载体体系纳米TiO2浆料的制备：将按照步骤2)方法制备的TiO2纳米混晶与步骤1)中制备的有机载体进行混合，其中，TiO2纳米混晶的质量份数为20份，混合均匀后研磨1小时，得到有机载体体系纳米TiO2浆料。
实验结果：
本发明所述的方法制备有机载体体系纳米TiO2浆料用于DSC电池的光阳极薄膜的制备，具体应用如下：
在清洗干净的导电玻璃基底上用250目的不锈钢丝网印刷上述方法制备的TiO2浆料，得到的TiO2膜。所得的TiO2膜于80℃下干燥15min，然后放入马弗炉中进行烧结，以5℃/min的速率升温，450℃保温15min，500℃保温15min，自然冷却得到20μm厚的TiO2膜，用做染料敏化太阳能电池光阳极。
电池的组装及性能测试
将本发明所述方法制备的TiO2浆料与商业采购的P25纳米TiO2制备的浆料分别制备TiO2薄膜并组装成1cm×1cm的电池(其中对电极为Pt电极，染料为0.3mmol/L的N719，氧化还原电解液配比为：在乙腈溶剂中，0.05mol/LI2，0.1mol/L LiI，0.4mol/L TBP)。采用Oriel的太阳光模拟器，模拟AM1.5，辐照光功率1000W/m2下，用Keithley数据源表测试两种电池的I-V曲线，所得结果如附图1所示，图中：1和2为本发明制备的TiO2浆料组装的电池，3和4为商业采购的P25纳米TiO2制备的浆料组装的电池。
从测试结果可以看出，电池的短路电流、开路电压和填充因子等技术参数得到了明显提高，染料敏化太阳能电池的效率得到了明显改进。

Claims (4)

1.一种有机载体体系的TiO2浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)有机载体的配制；将1份乙基纤维素按照质量份数比1∶10-1∶5加入到松油醇中，在80℃条件下水浴搅拌2h，形成粘度为5.9Kcp-6.1Kcp的有机载体；
2)TiO2纳米混晶的制备：将粒径为10nm-25nm的TiO2纳米晶和粒径为20nm-100nm的TiO2纳米管按质量份数比1∶1-1∶3的比例进行混合，得到TiO2纳米混晶；
3)有机载体体系纳米TiO2浆料的制备：将按照步骤2)方法制备的TiO2纳米混晶与步骤1)中制备的有机载体进行混合，其中，TiO2纳米混晶的质量份数为18-24份，混合均匀后研磨1小时，得到有机载体体系纳米TiO2浆料。
2.根据权利要求1所述一种有机载体体系的TiO2浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)有机载体的配制：将1份乙基纤维素按照质量份数比1∶5加入到松油醇中，在80℃条件下水浴搅拌2h，形成粘度为6.1Kcp的有机载体；
2)TiO2纳米混晶的制备：将粒径为25nm的TiO2纳米晶和粒径为100nm的TiO2纳米管按质量份数比1∶3的比例进行混合；
3)有机载体体系纳米TiO2浆料的制备：将按照步骤2)方法制备的TiO2纳米混晶与步骤1)中制备的有机载体进行混合，其中，TiO2纳米混晶的质量份数为18份，混合均匀后研磨1小时，得到有机载体体系纳米TiO2浆料。
3.根据权利要求1所述一种有机载体体系的TiO2浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)有机载体的配制：将1份乙基纤维素按照质量份数比1∶7加入到松油醇中，在80℃条件下水浴搅拌2h，形成粘度为6.0Kcp的有机载体；
2)TiO2纳米混晶的制备：将粒径为25nm的TiO2纳米晶和粒径为100nm的TiO2纳米管按质量比1∶1的比例进行混合后；
3)有机载体体系纳米TiO2浆料的制备：将按照步骤2)方法制备的TiO2纳米混晶与步骤1)中制备的有机载体进行混合，其中，TiO2纳米混晶的质量份数为24份，混合均匀后研磨1小时，得到有机载体体系纳米TiO2浆料。
4.根据权利要求1所述一种有机载体体系的TiO2浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)有机载体的配制：将1份乙基纤维素按照质量份数比1∶10加入到松油醇中，在80℃条件下水浴搅拌2h，形成粘度为5.9Kcp的有机载体；
2)TiO2纳米混晶的制备：将粒径为25nm的TiO2纳米晶和粒径为100nm的TiO2纳米管按质量比1∶2的比例进行混合；
3)有机载体体系纳米TiO2浆料的制备：将按照步骤2)方法制备的TiO2纳米混晶与步骤1)中制备的有机载体进行混合，其中，TiO2纳米混晶的质量份数为20份，混合均匀后研磨1小时，得到有机载体体系纳米TiO2浆料。
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