CN101587779A - 掺杂非金属的染料敏化TiO2纳晶薄膜光电极的制备方法 - Google Patents

掺杂非金属的染料敏化TiO2纳晶薄膜光电极的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于染料敏化太阳能电池的TiO2纳晶薄膜光电极的制备领域，特别涉及由含有掺杂非金属的大颗粒TiO2纳晶和掺杂非金属的TiO2纳晶颗粒的胶体制备掺杂非金属的染料敏化TiO2纳晶薄膜光电极的方法。本发明制备的光电极是由掺杂非金属的TiO2溶胶和掺杂非金属的TiO2粉体浆料依次旋涂在导电基底上，自然干燥后再进行热处理得到多孔结构纳晶薄膜光电极。掺杂非金属的TiO2纳晶颗粒一方面改变了半导体的性能，作为施主提供更多的载流子进而提高导电率；另一方面可以改变TiO2能带的位置进而提高光电压和光吸收效率。本发明制备方法简单，易于操作，适用于染料敏化TiO2纳晶薄膜光电极的工业化生产制备，也适用于光催化电极、自洁净玻璃等领域。

Description

掺杂非金属的染料敏化TiO2纳晶薄膜光电极的制备方法
技术领域
本发明属于染料敏化太阳能电池的TiO2纳晶薄膜光电极的制备技术领域，特别涉及由含有掺杂非金属的大颗粒TiO2纳晶和掺杂非金属的TiO2纳晶颗粒的胶体制备掺杂非金属的染料敏化TiO2纳晶薄膜光电极的方法。
背景技术
作为最理想能源的太阳能电池利用技术近年来已经被越来越多的国家重视和利用，然而，他们仍未被广泛使用，其原因包括由于在现阶段太阳能电池自身性能难于与传统化石能源发电技术相媲美；硅太阳能电池制造本身是一个能耗极大的产业。近年来，一种染料敏化型太阳能电池以其制作工艺简单，成本控制极低，转换效率不受理论限制等诸多优势引起研究者的注意。Graetzel(瑞士)等在1991年开发了一种新型的使用光电转换器件的太阳能电池。其包括：用作电极的薄膜基板、该薄膜基板对位于透明导电基板上的染料敏化并由氧化物半导体微粒组成、由对电极组成的基板，该对电极被含有还原剂(例如铂)并被设置成使得与薄膜基板面对、置于薄膜基板和该对电极组成的基板之间的电荷迁移层(含有氧化还原物质的电解质)。这里，吸附钌配合染料于多孔二氧化钛电极使得该光电电池具有与硅太阳能电池相近的性能(J.Am.Chem.Soc.115(1993)6382)。
在染料敏化太阳能电池中，一方面，纳米尺度的TiO2半导体由于具有合适的禁带宽度、耐光腐蚀性能好、光电转换效率高等特点而于近年来得到了广泛应用。染料敏化TiO2纳晶薄膜由TiO2纳晶颗粒互相连接形成多孔网络状结构，这种结构既提供了电子输运通道，又提供了供染料吸附的大比表面积，而且薄膜本身能吸收紫外区区域的光。吸附在纳晶薄膜表面的光敏分子染料吸收光能是染料敏化太阳能电池光电转换效率的提前，提高光吸收效率是提高电池光电转换效率的一个重要关键。另一方面，经TiO2纳晶多孔薄膜电极以进一步提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率也开始成为人们的研究热点。染料敏化太阳能电池中，敏化分子染料受光激发产生电子，光生电子注入到TiO2导带中，然后由导带通过外电路传输从而形成光电流；在此过程中保证电子在纳晶薄膜内的高速传输是影响光电转换效率至关重要的因素。
掺杂非金属的TiO2纳晶颗粒一方面可以改变半导体的性能，使掺杂后的TiO2吸收光的范围扩充到可见光区域，作为施主提供更多的载流子进而提高导电率；另一方面可以改变TiO2能带的位置进而提高光电压和光吸收效率。目前文献报导中的非金属掺杂广泛应用在光催化领域，但是还未曾有人应用到太阳能电池领域。因此本发明的首要出发点是采用非金属掺杂的TiO2纳晶颗粒的胶体制备纳晶薄膜电极，在此基础上再添加非金属掺杂的大颗粒TiO2来增加纳晶薄膜的光吸收性能，从而提高TiO2纳晶薄膜电极的吸光效率，进而提高光电转换效率。
发明内容
本发明的目的在于用溶胶-凝胶法(sol-gel法)和沉淀法分别制备了掺杂非金属的TiO2纳晶溶胶和粉体。将其应用到染料敏化太阳能体系中，从而提供一种非金属掺杂的染料敏化TiO2纳晶薄膜光电极的制备方法。
在本发明中，把非金属元素掺入到半导体化合物TiO2的晶格中，使得掺杂后TiO2的能带位置发生变化，能隙明显变小，纳晶TiO2制备的薄膜本身吸收光的范围扩充到可见光区域，从而提高了光电压和吸光效率，进而提高了光电转换效率。
本发明掺杂非金属的染料敏化TiO2纳晶薄膜光电极的制备方法包括以下步骤：
(1)将钛盐于溶剂混合配置成钛盐溶液，将非金属掺杂剂和溶剂混合后配置成掺杂剂溶液；然后将钛盐溶液与非金属掺杂剂溶液混合，在溶液中进行水解反应，其中，混合液中Ti原子与掺杂非金属元素原子数目比为5∶1-1∶1，优选为2∶1。反应后的溶胶在常温下放置5小时-48小时，优选为24小时。得到摩尔浓度为0.5M-2M透明稳定的非金属掺杂的TiO2溶胶；
(2)将钛盐溶于溶剂中配置成0.05M-4M的钛盐溶液(优选为0.4M)，取钛盐溶液于烧杯中，加入钛盐质量的1％的表面活性剂月桂醇聚氧乙烯(3)醚，以碱液进行滴定，达到滴定终点后陈化10小时-36小时优选为20小时。所述的碱液及滴定终点为下列所述四种中的一种：1M-5M的氨水(优选为3M)，对应的滴定终点为pH＝5-10(优选为pH＝9)；0.1M-1M的氢氧化钠水溶液(优选为0.6M)，对应的滴定终点为pH＝5-7(优选pH＝6)；0.1M-1M的碳酸钠水溶液(优选为0.6M)，对应的滴定终点为pH＝5-7(优选为pH＝6)；0.1M-2M的碳酸氢钠水溶液(优选为1M)，对应的滴定终点为pH＝5-7(优选为pH＝6)；进行5-10次水洗，2-4次醇交换，干燥后得到TiO2粉体。取TiO2粉体加入到步骤(1)中配好的掺杂剂溶液中进行反应，其中，混合后Ti原子与掺杂非金属元素原子数目比为5∶1-1∶1，优选为2∶1。反应后的溶液在10℃-80℃下蒸发掉溶剂，得到干燥的粉体；然后在300℃-600℃下进行热处理30分钟-90分钟(优选为500℃下热处理60分钟)，降温至室温后得到非金属掺杂的TiO2纳晶颗粒；
(3)将步骤(2)中得到的非金属掺杂的TiO2纳晶颗粒与步骤(1)中的非金属掺杂的TiO2溶胶按质量比1∶1-1∶5混合(优选为1∶2)、充分研磨得到TiO2纳晶浆料；将步骤(1)得到的掺杂非金属TiO2溶胶均匀涂到清洗干净的导电基底上；然后再将得到的TiO2纳晶浆料均匀涂到已经涂有非金属掺杂TiO2溶胶的导电基底上，制得TiO2薄膜电极；
(4)将步骤(3)制得的TiO2薄膜电极常温下干燥后在温度为300℃-600℃下进行热处理30分钟-90分钟，优选500℃下热处理60分钟；降温至室温后得到非金属掺杂TiO2纳晶薄膜电极；
(5)将2×10-4M-5×10-4M的染料敏化剂的醇溶液滴加到非金属掺杂TiO2纳晶薄膜电极上，均匀铺展覆盖薄膜电极表面，形成饱和化学吸附。自然干燥，而后在60℃-80℃下处理10分钟-30分钟(优选为70℃下处理15分钟)。既可制得本发明的非金属掺杂染料敏化TiO2纳晶薄膜光电极。
步骤(1)中所述的钛盐溶液为2M-6M的四氯化钛的盐酸溶液(优选为4M)；或者为异丙氧醇钛、钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯或者钛酸四己酯1M-5M的醇溶液(优选为3M)。
所述的非金属掺杂溶液中溶剂为醇与水体积比为1∶1的混合物，其中所述的醇为正丁醇，丙醇，异丙醇，无水乙醇，无水甲醇中的一种或一种以上的混合物。
所选的非金属掺杂剂及其掺杂的元素为N元素，掺杂剂为氨水、尿素、硫脲、乙二胺、氨气、硝酸或可溶性的铵盐；S元素，掺杂剂为硫脲、硫酸或硫酸盐；C元素，掺杂剂分子量为800-16000的聚乙二醇或四丁基铵；P元素，掺杂剂为磷酸或亚磷酸；F元素，掺杂剂为氟化铵；Cl元素，掺杂剂为盐酸；掺杂元素选择一种或多种上述的非金属元素。
所述的导电基底为掺氟的SnO2导电玻璃、掺铟的SnO2导电玻璃，掺铟的SnO2柔性导电玻璃。
所述的染料敏化剂为4，4’-二羧酸联吡啶钌N3染料；4，4’-二羧酸联吡啶钌N719染料；钌配合物N749染料。
本发明得到的薄膜光电极是由含有非金属掺杂TiO2溶胶和非金属掺杂的TiO2纳晶颗粒的胶体浆料旋涂在导电基底上并进行热处理后形成的多孔结构的染料敏化TiO2纳晶薄膜光电极。一方面，非金属进行掺杂后，使掺杂后的TiO2吸收光的范围扩充到可见光区域，不仅增加了载流子的数量从而明显提高了光吸收效率，而且通过改变TiO2能带的位置进而提高光电压。另一方面，通过溶胶和粉体结合的方式进行膜的制备，粉体大颗粒可以增大膜的孔隙，从而增大染料的吸附量，进一步改善了TiO2纳晶薄膜光电极的吸光效率。本发明制备的纳晶薄膜具有高电导率和好的吸光性能；而且制备方法极其简单，易于操作，具有很大的成本优势，特别适用于染料敏化TiO2纳晶薄膜光电极的工业化生产制备，因而大大扩展了染料敏化TiO2纳晶薄膜太阳能电池的应用前景。本发明方法制备的TiO2纳晶薄膜光电极可应用于染料敏化太阳能电池、光催化电极、自洁净玻璃等领域。
具体实施方式
本发明制备的掺杂非金属的染料敏化TiO2纳晶薄膜光电极特别适用于染料敏化纳晶薄膜太阳能电池中作为工作电极。本发明将通过一下的具体实施方案进行举例说明。下面对实施方案具有的共性方法加以描述。
二氧化钛粉体的制备方法：
方法一：取20ml 4M的四氯化钛盐酸溶液溶解在200ml的水中，加入20滴月桂醇聚氧乙烯(3)醚，搅拌10分钟，然后用3M氨水以3秒1滴的速度进行滴定，滴定终点为pH＝9，而后陈化20小时。在离心桶中进行水洗5次，再进行醇交换两次，烘箱中50℃下干燥得到粉体；
方法二：取20ml 4M的钛酸四丁酯的硝酸溶液溶解在200ml的水中，加入18滴月桂醇聚氧乙烯(3)醚，搅拌10分钟，然后用0.6M的碳酸钠溶液以2秒1滴的速度进行滴定，滴定终点为pH＝5-6，而后陈化24小时。在离心桶中进行水洗8次，再进行醇交换两次，烘箱中40℃下干燥得到粉体；
方法三：取20ml 4M的钛酸异丙酯的硝酸溶液溶解在200ml的水中，加入18滴月桂醇聚氧乙烯(3)醚，搅拌10分钟，然后用0.5M的氢氧化钠以3秒1滴的速度进行滴定，滴定终点为pH＝5-6，而后陈化22小时。在离心桶中进行水洗10次，再进行醇交换两次，烘箱中60℃下干燥得到粉体；
薄膜的旋涂方法：将清洗干净的导电基底的一边用隐形胶带固定，以留出一定面积的导电层。采用旋涂的方法首先旋涂非金属掺杂TiO2溶胶；再旋涂非金属掺杂的TiO2粉体与非金属掺杂的TiO2溶胶混合充分研磨后得到的TiO2浆料。通过调节匀胶机的转速、甩膜时间和甩膜次数来控制膜的TiO2纳晶薄膜光电极的厚度。如无特别说明，以下实例中甩膜条件均为800转/秒下10秒钟，3000转/秒下10秒钟。
电池组装后效率的测量方法：用下列实施例1-7制备的非金属掺杂染料敏化TiO2纳晶薄膜电极作为光电阳极，用镀铂的导电玻璃片作为对电极。用含有0.5MLiI、0.05M I2、0.3M DMP II、0.3M 4-TBP的乙腈溶液作为电解质，组装成染料敏化太阳能电池进行性能测试，采用的模拟光照射强度为50mw/cm2。除非另有说明，本发明的光电性能的测量都为此条件、室温下进行的。测试结果见实施例后的表一。
实施例1
(1)称量0.7612g的硫脲加入到50ml的烧杯中，溶解在10ml体积比1∶1的乙醇水溶液里，将5ml 4M四氯化钛盐酸溶液滴加到硫脲溶液中，搅拌1小时，陈化24小时，得到掺杂S和N元素的TiO2溶胶；
(2)称取二氧化钛粉体制备方法一得到的粉体1.0299g，与6.4ml 1M的硫脲溶液混合，50℃下干燥后500℃下热处理1小时。得到掺杂S和N元素的TiO2粉体；
(3)称取步骤(2)制得的非金属掺杂粉体0.5g，加入5ml步骤(1)制得的非金属掺杂溶胶。充分研磨后得到非金属掺杂TiO2乳白色浆料；
(4)将步骤(1)得到的非金属掺杂溶胶利用匀胶机在清洗干净的导电基底上甩膜4次，然后将步骤(3)得到的TiO2浆料利用匀胶机在已经涂敷溶胶的导电基底上甩膜4次，制得TiO2薄膜电极。然后将薄膜电极自然干燥后在马弗炉中进行500℃热处理1小时，降温至室温后得到TiO2纳晶薄膜电极。
(5)将3滴5×10-4M的4，4’-二羧酸联吡啶钌(顺二硫氰根-双(2，2’-联吡啶-4，4’-二羧酸)合钌(II))的乙醇溶液滴加到步骤(4)得到的TiO2纳晶薄膜电极上，铺展均匀，自然干燥，而后在80℃下处理10分钟。即可制得本发明的非金属掺杂染料敏化TiO2纳晶薄膜电极。
实施例2
(1)称量0.8g的尿素加入到50ml的烧杯中，溶解在10ml体积比1∶1的乙醇水溶液里，将5ml 4M钛酸四丁酯的异丙醇溶液滴加到尿素溶液中，搅拌1小时，陈化20小时，得到掺杂N元素的TiO2溶胶；
(2)称取二氧化钛粉体制备方法二得到的粉体1.0199g，与4.25ml 1M的尿素溶液混合，60℃下干燥后450℃下热处理1小时。得到掺杂N元素的TiO2粉体；
(3)称取步骤(2)制得的非金属掺杂粉体0.5g，加入5ml步骤(1)制得的非金属掺杂溶胶。充分研磨后得到非金属掺杂TiO2乳白色浆料；
(4)将步骤(1)得到的非金属掺杂溶胶利用匀胶机在清洗干净的导电基底上甩膜3次，然后将步骤(3)得到的TiO2浆料利用匀胶机在已经涂敷溶胶的导电基底上甩膜5次，制得TiO2薄膜电极。然后将薄膜电极自然干燥后在马弗炉中进行450℃热处理0.3小时，降温至室温后得到TiO2纳晶薄膜电极。
(5)将4滴4×10-4M的4，4’-二羧酸联吡啶钌N719染料的乙醇溶液滴加到步骤(4)得到的TiO2纳晶薄膜电极上，铺展均匀，自然干燥，而后在80℃下处理15分钟。即可制得本发明的非金属掺杂染料敏化TiO2纳晶薄膜电极。
实施例3
(1)称量0.64g的聚乙二醇(800)加入到50ml的烧杯中，溶解在10ml体积比1∶1的乙醇水溶液里，将5ml 2M钛酸异丙酯的丁醇溶液滴加到聚乙二醇(800)溶液中，搅拌1小时，陈化16小时，得到掺杂聚乙二醇(800)质量分数为20％的TiO2溶胶；
(2)称取二氧化钛粉体制备方法三得到的粉体1.0g，与0.2g的聚乙二醇(800)在10ml的乙醇溶液中混合，40℃下干燥后480℃下热处理1小时。得到掺杂C元素的TiO2粉体；
(3)称取步骤(2)制得的非金属掺杂粉体0.5g，加入5ml步骤(1)制得的非金属掺杂溶胶。充分研磨后得到非金属掺杂TiO2乳白色浆料；
(4)将步骤(1)得到的非金属掺杂溶胶利用匀胶机在清洗干净的导电基底上甩膜4次，然后将步骤(3)得到的TiO2浆料利用匀胶机在已经涂敷溶胶的导电基底上甩膜5次，制得TiO2薄膜电极。然后将薄膜电极自然干燥后在马弗炉中进行480℃热处理0.5小时，降温至室温后得到TiO2纳晶薄膜电极。
(5)将3滴5×10-4M的4，4’-二羧酸联吡啶钌(顺二硫氰根-双(2，2’-联吡啶-4，4’-二羧酸)合钌(II))的乙醇溶液滴加到步骤(4)得到的TiO2纳晶薄膜电极上，铺展均匀，自然干燥，而后在78℃下处理15分钟。即可制得本发明的非金属掺杂染料敏化TiO2纳晶薄膜电极。
实施例4
(1)称量0.2470g的氟化铵加入到50ml的烧杯中，溶解在10ml体积比1∶1的乙醇水溶液里，将5ml 4M四氯化钛盐酸溶液滴加到氟化铵溶液中，搅拌1小时，陈化36小时，得到掺杂F和N元素的TiO2溶胶；
(2)称取二氧化钛粉体制备方法一得到的粉体1.0g，与4ml 1M的氟化铵水溶液混合，室温下自然干燥后450℃下热处理1小时。得到掺杂F和N元素的TiO2粉体；
(3)称取步骤(2)制得的非金属掺杂粉体0.5g，加入5ml步骤(1)制得的非金属掺杂溶胶。充分研磨后得到非金属掺杂TiO2乳白色浆料；
(4)将步骤(1)得到的非金属掺杂溶胶利用匀胶机在清洗干净的导电基底上甩膜3次，然后将步骤(3)得到的TiO2浆料利用匀胶机在已经涂敷溶胶的导电基底上甩膜5次，制得TiO2薄膜电极。然后将薄膜电极自然干燥后在马弗炉中进行450℃热处理0.3小时，降温至室温后得到TiO2纳晶薄膜电极。
(5)将4滴5×10-4M的4，4’-二羧酸联吡啶钌(顺二硫氰根-双(2，2’-联吡啶-4，4’-二羧酸)合钌(II))的乙醇溶液滴加到步骤(4)得到的TiO2纳晶薄膜电极上，铺展均匀，自然干燥，而后在80℃下处理15分钟。即可制得本发明的非金属掺杂染料敏化TiO2纳晶薄膜电极。
实施例5
(1)将5ml 4M四氯化钛盐酸溶液滴加到溶解在10ml体积比1∶1的乙醇水溶液里中，搅拌1小时，陈化26小时，得到掺杂Cl元素的TiO2溶胶；
(2)取20ml 4M的四氯化钛盐酸溶液溶解在200ml的水中，加入20滴AEO3，搅拌10分钟，然后用3M氨水以3秒1滴的速度进行滴定，滴定终点为pH＝9，而后陈化20小时。再进行醇交换两次，烘箱中50℃下干燥得到粉体；，室温下自然干燥后500℃下热处理1小时。得到掺杂Cl和N元素的TiO2粉体；
(3)称取步骤(2)制得的非金属掺杂粉体0.5g，加入5ml步骤(1)制得的非金属掺杂溶胶。充分研磨后得到非金属掺杂TiO2乳白色浆料；
(4)将步骤(1)得到的非金属掺杂溶胶利用匀胶机在清洗干净的导电基底上甩膜4次，然后将步骤(3)得到的TiO2浆料利用匀胶机在已经涂敷溶胶的导电基底上甩膜6次，制得TiO2薄膜电极。然后将薄膜电极自然干燥后在马弗炉中进行450℃热处理1小时，降温至室温后得到TiO2纳晶薄膜电极。
(5)将4滴2×10-4M的钌配合物N749染料的乙醇溶液滴加到步骤(4)得到的TiO2纳晶薄膜电极上，铺展均匀，自然干燥，而后在80℃下处理15分钟。即可制得本发明的非金属掺杂染料敏化TiO2纳晶薄膜电极。
实施例6
(1)量取10ml 0.2M的硫酸溶液加入到50ml的烧杯中，与10ml体积比1∶1的乙醇水溶液充分混合，将5ml 4M四氯化钛盐酸溶液滴加到硫酸溶液中，搅拌1小时，陈化32小时，得到掺杂S元素的TiO2溶胶；
(2)称取二氧化钛粉体制备方法二得到的粉体1.0g，与12.5ml 0.1M的硫酸溶液混合，50℃下干燥后450℃下热处理1小时。得到掺杂S元素的TiO2粉体；
(3)称取步骤(2)制得的非金属掺杂粉体0.5g，加入5ml步骤(1)制得的非金属掺杂溶胶。充分研磨后得到非金属掺杂TiO2乳白色浆料；
(4)将步骤(1)得到的非金属掺杂溶胶利用匀胶机在清洗干净的导电基底上甩膜4次，然后将步骤(3)得到的TiO2浆料利用匀胶机在已经涂敷溶胶的导电基底上甩膜4次，制得TiO2薄膜电极。然后将薄膜电极自然干燥后在马弗炉中进行480℃热处理1小时，降温至室温后得到TiO2纳晶薄膜电极。
(5)将4滴5×10-4M的4，4’-二羧酸联吡啶钌(顺二硫氰根-双(2，2’-联吡啶-4，4’-二羧酸)合钌(II))的乙醇溶液滴加到步骤(4)得到的TiO2纳晶薄膜电极上，铺展均匀，自然干燥，而后在78℃下处理15分钟。即可制得本发明的非金属掺杂染料敏化TiO2纳晶薄膜电极。
实施例7
(1)称量10ml 0.2M的磷酸溶液加入到50ml的烧杯中，与10ml体积比1∶1的乙醇水溶液充分混合，将5ml 4M钛酸四丁酯的乙醇溶液滴加到磷酸溶液中，搅拌1小时，陈化24小时，得到掺杂P元素的TiO2溶胶；
(2)称取二氧化钛粉体制备方法一得到的粉体1.0g，与12.5ml 0.1M的磷酸溶液混合，50℃下自然干燥后450℃下热处理1小时。得到掺杂P元素的TiO2粉体；
(3)称取步骤(2)制得的非金属掺杂粉体0.5g，加入5ml步骤(1)制得的非金属掺杂溶胶。充分研磨后得到非金属掺杂TiO2乳白色浆料；
(4)将步骤(1)得到的非金属掺杂溶胶利用匀胶机在清洗干净的导电基底上甩膜4次，然后将步骤(3)得到的TiO2浆料利用匀胶机在已经涂敷溶胶的导电基底上甩膜4次，制得TiO2薄膜电极。然后将薄膜电极自然干燥后在马弗炉中进行450℃热处理1小时，降温至室温后得到TiO2纳晶薄膜电极。
(5)将4滴5×10-4M的4，4’-二羧酸联吡啶钌(顺二硫氰根-双(2，2’-联吡啶-4，4’-二羧酸)合钌(II))的乙醇溶液滴加到步骤(4)得到的TiO2纳晶薄膜电极上，铺展均匀，自然干燥，而后在80℃下处理15分钟。即可制得本发明的非金属掺杂染料敏化TiO2纳晶薄膜电极。
表一  使用本发明制备的掺杂非金属的染料敏化TiO2纳晶薄膜光电极、铂对电极组装的染料敏化太阳能电池的光电性能

Claims (6)

1.一种掺杂非金属的染料敏化TiO2纳晶薄膜光电极的制备方法，其特征是，该方法包括以下步骤：
(1)将钛盐于溶剂混合配置成钛盐溶液，将非金属掺杂剂和溶剂混合后配置成掺杂剂溶液；然后将钛盐溶液与非金属掺杂剂溶液混合，在溶液中进行水解反应，其中，混合液中Ti原子与掺杂非金属元素原子数目比为5∶1-1∶1；反应后的溶胶在常温下放置5小时-48小时；得到摩尔浓度为0.5M-2M透明稳定的非金属掺杂的TiO2溶胶；
(2)将钛盐溶于溶剂中配置成0.05M-4M的钛盐溶液，取钛盐溶液于烧杯中，加入钛盐质量的1％的表面活性剂月桂醇聚氧乙烯(3)醚，以碱液进行滴定，达到滴定终点后陈化10小时-36小时；所述的碱液及滴定终点为下列所述四种中的一种：1M-5M的氨水，对应的滴定终点为pH＝5-10；0.1M-1M的氢氧化钠水溶液，对应的滴定终点为pH＝5-7；0.1M-1M的碳酸钠水溶液，对应的滴定终点为pH＝5-7；0.1M-2M的碳酸氢钠水溶液，对应的滴定终点为pH＝5-7；进行5-10次水洗，2-4次醇交换，干燥后得到TiO2粉体；取TiO2粉体加入到步骤(1)中配好的掺杂剂溶液中进行反应，其中，混合后Ti原子与掺杂非金属元素原子数目比为5∶1-1∶1；反应后的溶液在10℃-80℃下蒸发掉溶剂，得到干燥的粉体；然后在300℃-600℃下进行热处理30分钟-90分钟，降温至室温后得到非金属掺杂的TiO2纳晶颗粒；
(3)将步骤(2)中得到的非金属掺杂的TiO2纳晶颗粒与步骤(1)中的非金属掺杂的TiO2溶胶按质量比1∶1-1∶5混合、充分研磨得到TiO2纳晶浆料；将步骤(1)得到的掺杂非金属TiO2溶胶均匀涂到清洗干净的导电基底上；然后再将得到的TiO2纳晶浆料均匀涂到已经涂有非金属掺杂TiO2溶胶的导电基底上，制得TiO2薄膜电极；
(4)将步骤(3)制得的TiO2薄膜电极常温干燥后在温度为300℃-600℃下进行热处理30分钟-90分钟；降温至室温后得到非金属掺杂TiO2纳晶薄膜电极；
(5)将2×10-4M-5×10-4M的染料敏化剂的醇溶液滴加到非金属掺杂TiO2纳晶薄膜电极上，均匀铺展覆盖薄膜电极表面，形成饱和化学吸附；自然干燥，而后在60℃-80℃下处理10分钟-30分钟；既可制得本发明的非金属掺杂染料敏化TiO2纳晶薄膜光电极。
2.根据权利1中所述方法，其特征是：钛盐溶液为2M-6M的四氯化钛的盐酸溶液；或者为异丙氧醇钛、钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯或者钛酸四己酯1M-5M的醇溶液。
3.根据权利1中所述方法，其特征是：所述的非金属掺杂溶液中溶剂为醇与水体积比为1∶1的混合物，其中所述的醇为正丁醇，丙醇，异丙醇，无水乙醇，无水甲醇中的一种或一种以上的混合物。
4.根据权利1中所述方法，其特征是：所选的非金属掺杂剂及其掺杂的元素为N元素，掺杂剂为氨水、尿素、硫脲、乙二胺、氨气、硝酸或可溶性的铵盐；S元素，掺杂剂为硫脲、硫酸或硫酸盐；C元素，掺杂剂分子量为800-16000的聚乙二醇或四丁基铵；P元素，掺杂剂为磷酸或亚磷酸；F元素，掺杂剂为氟化铵；Cl元素，掺杂剂为盐酸；掺杂元素选择一种或多种上述的非金属元素。
5.根据权利1中所述方法，其特征是：所述的导电基底为掺氟的SnO2导电玻璃、掺铟的SnO2导电玻璃，掺铟的SnO2柔性导电玻璃。
6.根据权利1中所述方法，其特征是：所述的染料敏化剂为4，4’-二羧酸联吡啶钌N3染料；4，4’-二羧酸联吡啶钌N719染料；钌配合物N749染料。
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