CN101777431A - 二氧化钛包覆的碳纳米管的薄膜电极的制备方法 - Google Patents

二氧化钛包覆的碳纳米管的薄膜电极的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101777431A
CN101777431A CN 201010124286 CN201010124286A CN101777431A CN 101777431 A CN101777431 A CN 101777431A CN 201010124286 CN201010124286 CN 201010124286 CN 201010124286 A CN201010124286 A CN 201010124286A CN 101777431 A CN101777431 A CN 101777431A
Authority
CN
China
Prior art keywords
titanium dioxide
carbon nano
obtains
coated
tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 201010124286
Other languages
English (en)
Other versions
CN101777431B (zh
Inventor
王立新
姜春华
李少彦
刘文秀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Irico Group Corp
Original Assignee
Irico Group Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Irico Group Corp filed Critical Irico Group Corp
Priority to CN 201010124286 priority Critical patent/CN101777431B/zh
Publication of CN101777431A publication Critical patent/CN101777431A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101777431B publication Critical patent/CN101777431B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Abstract

本发明公开了一种二氧化钛包覆的碳纳米管的薄膜电极的制备方法：(1)碳纳米管的预处理：将多壁碳纳米管放入双氧水中超声处理，产物过滤；(2)取Ti(OPri)4、异丙醇、硝酸，和水混合，并回流；(3)将步骤(2)得到的溶液与步骤(1)得到的碳纳米管混合，再旋转蒸发，剩余物于水热釜中水热处理，即得到二氧化钛包覆的碳纳米管浆料；(4)将上述二氧化钛包覆的碳纳米管浆料加入二氧化钛P25纳米粉体混合后印刷在导电基底上，然后，干燥后放入马弗炉烧结，最后，随炉冷却，取出放入具有N3染料的无水乙醇中静置，取出且洗去表面的染料，即得到所需的电极，由该方法制得的电极，电子在薄膜中的传输阻力，电池光电转化效率高。

Description

二氧化钛包覆的碳纳米管的薄膜电极的制备方法
【技术领域】
本发明涉及一种薄膜电极的制备方法，特别是一种在染料敏化电池中薄膜电极的制备方法。
【背景技术】
进入21世纪以来，能源枯竭和环境污染是当今世界面临的两大难题，太阳能、风能、地热等绿色无污染可再生能源的研究成为热点。其中，染料敏化太阳能电池以其低廉的制作成本，简易的制作工序，以及无毒无害无污染的特征受到广泛的关注。
染料敏化太阳能电池主要由工作电极、铂对电极和两个电极间的电解质构成，其中工作电极的性质是影响电池光电转化效率的重要因素。太阳光照射工作电极时，电极的氧化钛薄膜上吸附的敏化染料被激发，激发态染料将电子注入氧化钛导带，自身转变为氧化态，电子通过导电玻璃，经由外电路做功后，回到铂对电极。铂对电极将电子传导给电解液，氧化态的染料被电解液中电子还原，从而，完成一个循环。
染料敏化太阳能电池的光电转化效率主要由入射光的捕获效率、转化效率及电子传导效率决定，在此过程中，二氧化钛薄膜的光电子传导性能起到关键性作用。然而，氧化钛薄膜电子在垂直导电基底方向上的传导阻力大，因此，其传导效率低，从而，使得染料敏化太阳能电池光电转化效率低。
鉴于以上问题，实有必要针对以上技术进行改进，以克服上述缺陷。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种二氧化钛包覆的碳纳米管的薄膜电极的制备方法，其可提高光电子在薄膜中的传导效率，减少电子在薄膜中的传输阻力，从而有效地提高短路电流，增大染料敏化太阳能电池光电转化效率。
为解决以上技术问题，本发明提供了一种二氧化钛包覆的碳纳米管的薄膜电极的制备方法，包括以下步骤：
(1)碳纳米管的预处理
取直径为25nm的多壁碳纳米管，放入双氧水中，在50℃下超声波24h，最后将产物过滤，以备后用；
(2)二氧化钛包覆的碳纳米管浆料的制备
A)取Ti(OPri)4∶异丙醇∶硝酸∶水的质量比为1∶(5-15)∶1∶(0.1-0.5)充分混合均匀，在70℃回流1.5h，即制得溶胶-凝胶溶液；
B)将步骤A)中的溶胶-凝胶溶液与步骤(1)中预处理过的碳纳米管按质量比为(5-10)∶1混合并搅拌；
C)将步骤B)得到的混合物在75℃旋转蒸发，蒸发后的混合物置于水热釜中在500℃水热处理1h，得到二氧化钛包覆的碳纳米管浆料；
(3)薄膜的制备
A)取步骤(2)中得到的二氧化钛包覆的碳纳米管浆料5ml，加入(0.1-1.5)g二氧化钛P25纳米粉体，置于密封容器中，磁力搅拌30min，将其印刷到导电基底上，形成一层二氧化钛薄膜；
B)将步骤A)得到的器件干燥后放入马弗炉内于500℃烧结0.5h；
C)将步骤B)得到的器件随炉冷却至80℃，取出放入0.5mol/L的具有N3染料的无水乙醇中静置24h；
D)将步骤C)得到的器件取出，用乙醇冲洗，即得到氧化钛薄膜电极。
与现有技术相比，本发明二氧化钛包覆的碳纳米管的薄膜电极的制备方法至少具有以下优点：由于碳纳米管是一种具有良好的导电性和化学稳定性的一维材料，因此，将其引入传统的P25颗粒薄膜电极中后，可提高光电子在膜中的传导效率，减少电子在薄膜中的传输阻力，有效的地提高了短路电流，最终达到增大染料敏化太阳能电池光电转化效率的目的。
【附图说明】
图1是本发明的二氧化钛包覆的碳纳米管形貌图；
图2是本发明氧化钛薄膜电极的I-V曲线与传统薄膜电极的I-V曲线。
【具体实施方式】
实施例一：
(1)碳纳米管原料预处理
将直径为25nm的多壁碳纳米管置入盛有双氧水的超声波清洗机中，50℃超声24h，产物用孔径为1um的PTFE膜过滤以除去杂质；
(2)二氧化钛包覆的碳纳米管浆料的制备
将Ti(OPri)4，异丙醇，硝酸和水按1∶5∶1∶0.1混合均匀，在70℃回流1.5h，即得到溶胶-凝胶溶液，其中，回流过程中保持搅拌，接着，将制得的溶胶-凝胶溶液与步骤(1)中预处理过的碳纳米管按质量比为10∶1混合，在圆口烧瓶中机械搅拌2h，然后，将搅拌后的混合物放在旋转蒸发仪上在75℃蒸发30min，最后，将蒸发后的混合物移转至水热釜中在500℃水热处理1h，即得到二氧化钛包覆的碳纳米管浆料；
(3)薄膜制备
A)取步骤(2)中得到的二氧化钛包覆的碳纳米管浆料5ml，加入0.1g二氧化钛P25纳米粉体混合后，置于密封容器中，磁力搅拌2h，然后，用丝网印刷法将其印刷在导电玻璃的基底上，形成二氧化钛薄膜，薄膜面积为0.75cm2；
B)将上述步骤A)中得到的器件自然干燥后，放入马弗炉中500℃烧结0.5h；
C)将上述步骤B)中得到的器件随炉冷却至80℃后取出；
D)浸入0.5mol/L具有N3染料的无水乙醇溶液中，静置24h后取出；
E)用乙醇冲洗直至洗去吸附在表面的染料，即得到二氧化钛包覆的碳纳米管的氧化钛薄膜电极。
由该实施例的方法得到的二氧化钛包覆的碳纳米管形貌如图1所示，氧化钛薄膜电极的I-V曲线如图2中曲线b所示，光电性能数据见表1所示。
实施例二：
实施例二与实施例一基本上相同，不同点在于：在步骤(2)中，制备溶胶-凝胶溶液时，Ti(OPri)4，异丙醇，硝酸和水的比例为1∶15∶1∶0.5；制备薄膜时，二氧化钛P25纳米粉体的质量为1.5g，按照实施例二得到二氧化钛包覆的碳纳米管的氧化钛薄膜的I-V曲线如图2中曲线c所示，光电性能数据见表1所示。
实施例三：
实施例三与实施例一基本上相同，不同点在于：在步骤(2)中，溶胶-凝胶溶液与预处理过的碳纳米管的质量比5∶1混合，按照实施例三得到二氧化钛包覆的碳纳米管的氧化钛薄膜的I-V曲线如图2中曲线d所示，光电性能数据见表1所示。
表1
  短路电路/mA   开路电压/V   填充因子   效率/％
  a   7.77   0.68   0.65   3.46
  b   11.12   0.76   0.64   5.39
  c   9.69   0.708   0.62   4.25
  d   8.94   0.719   0.65   4.18
以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种二氧化钛包覆的碳纳米管的薄膜电极的制备方法，包括以下步骤：
(1)碳纳米管的预处理
取直径为25nm的多壁碳纳米管，放入双氧水中，在50℃下超声波24h，最后将产物过滤，以备后用；
(2)二氧化钛包覆的碳纳米管浆料的制备
A)取Ti(OPri)4∶异丙醇∶硝酸∶水的质量比为1∶(5-15)∶1∶(0.1-0.5)充分混合均匀，在70℃回流1.5h，即制得溶胶-凝胶溶液；
B)将步骤A)中的溶胶-凝胶溶液与步骤(1)中预处理过的碳纳米管按质量比为(5-10)∶1混合并搅拌；
C)将步骤B)中得到的混合物在75℃旋转蒸发，将蒸发后的混合物置于水热釜中在500℃水热处理1h，即得到二氧化钛包覆的碳纳米管浆料；
(3)薄膜的制备
A)取步骤(2)中得到的二氧化钛包覆的碳纳米管浆料5ml，加入0.1-1.5g二氧化钛P25纳米粉体，放入密封容器中，磁力搅拌30min，然后，将其印刷到导电基底上，形成一层二氧化钛薄膜；
B)干燥后放入马弗炉内在500℃烧结0.5h；
C)随炉冷却至80℃，取出放入0.5mol/L的具有N3染料的无水乙醇中静置24h；
D)取出，用乙醇冲洗，即得到所需的薄膜电极。
2.如权利要求1所述的二氧化钛包覆的碳纳米管的薄膜电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)碳纳米管的预处理
将直径为25nm的多壁碳纳米管置入双氧水中，在50℃下超声波24h，将产物用孔径为1um的PTFE膜过滤，以备后用；
(2)二氧化钛包覆的碳纳米管浆料的制备
A)取Ti(OPri)4∶异丙醇∶硝酸∶水的质量比为1∶5∶1∶0.1充分混合均匀，在70℃回流1.5h，其中，回流时保持搅拌，即制得溶胶-凝胶溶液；
B)将步骤A)中的溶胶-凝胶溶液与步骤A)中预处理过的碳纳米管按质量比为10∶1混合并搅拌；
C)将步骤B)中得到的混合物在75℃旋转蒸发，蒸发后的混合物置于水热釜中在500℃水热处理1h，即得到二氧化钛包覆的碳纳米管浆料；
(3)薄膜的制备
A)取步骤(2)中得到的二氧化钛包覆的碳纳米管浆料5ml，加入0.1g二氧化钛P25纳米粉体，放置于密封容器中，磁力搅拌30min，将其印刷到导电基底上，形成一层二氧化钛薄膜；
B)将步骤A)得到的器件干燥后放入马弗炉内在500℃烧结0.5h；
C)将步骤B)得到的器件随炉冷却至80℃，取出放入0.5mol/L的具有N3染料的无水乙醇中静置24h；
D)将步骤C)得到的器件取出，用乙醇冲洗，即得到所需的薄膜电极。
3.如权利要求1所述的二氧化钛包覆的碳纳米管的薄膜电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)碳纳米管的预处理
将直径为25nm的多壁碳纳米管置入双氧水中，在50℃下超声波24h，将产物用孔径为1um的PTFE膜过滤，以备后用；
(2)二氧化钛包覆的碳纳米管浆料的制备
A)取Ti(OPri)4∶异丙醇∶硝酸∶水的质量比为1∶15∶1∶0.5充分混合均匀，在70℃回流1.5h，其中，回流时保持搅拌，即制得溶胶-凝胶溶液；
B)将步骤A)中的溶胶-凝胶溶液与步骤(1)中预处理过的碳纳米管按质量比为10∶1混合并搅拌；
C)将步骤B)得到的混合物在75℃旋转蒸发，蒸发后的混合物置于水热釜中在500℃水热处理1h，得到二氧化钛包覆的碳纳米管浆料；
(3)薄膜的制备
A)取步骤(2)中得到的二氧化钛包覆的碳纳米管浆料5ml，加入1.5g二氧化钛P25纳米粉体，置于密封容器中，磁力搅拌30min，将其印刷到导电基底上，形成一层二氧化钛薄膜；
B)将步骤A)得到的器件干燥后放入马弗炉内在500℃烧结0.5h；
C)将步骤B)得到的器件随炉冷却至80℃，取出放入0.5mol/L的具有N3染料的无水乙醇中静置24h；
D)将步骤C)得到的器件取出，用乙醇冲洗，即得到所需的薄膜电极。
4.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)碳纳米管的预处理
将直径为25nm的多壁碳纳米管置入双氧水中，在50℃下超声波24h，产物用孔径为1um的PTFE膜过滤，以备后用；
(2)二氧化钛包覆的碳纳米管浆料的制备
A)按Ti(OPri)4∶异丙醇∶硝酸∶水的质量比为1∶15∶1∶0.5充分混合均匀，在70℃回流1.5h，其中，回流时保持搅拌，即制得溶胶-凝胶溶液；
B)将步骤A)中的溶胶-凝胶溶液与步骤(1)中预处理过的碳纳米管按质量比为5∶1混合并搅拌；
C)将步骤B)得到的混合物在75℃旋转蒸发，蒸发后的混合物置于水热釜中在500℃水热处理1h，得到二氧化钛包覆的碳纳米管浆料；
(3)薄膜的制备
A)取步骤(2)中得到的二氧化钛包覆的碳纳米管浆料5ml，加入1.5g二氧化钛P25纳米粉体，置于密封容器内，磁力搅拌30min，将其印刷到导电基底上，形成一层二氧化钛薄膜；
B)将步骤A)得到的器件干燥后放入马弗炉内在500℃烧结0.5h；
C)将步骤B)得到的器件随炉冷却至80℃，取出放入0.5mol/L的具有N3染料的无水乙醇中静置24h；
D)将步骤C)得到的器件取出，用乙醇冲洗，即得到氧化钛薄膜电极。
CN 201010124286 2010-03-15 2010-03-15 二氧化钛包覆的碳纳米管的薄膜电极的制备方法 Expired - Fee Related CN101777431B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010124286 CN101777431B (zh) 2010-03-15 2010-03-15 二氧化钛包覆的碳纳米管的薄膜电极的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010124286 CN101777431B (zh) 2010-03-15 2010-03-15 二氧化钛包覆的碳纳米管的薄膜电极的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101777431A true CN101777431A (zh) 2010-07-14
CN101777431B CN101777431B (zh) 2012-05-23

Family

ID=42513841

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201010124286 Expired - Fee Related CN101777431B (zh) 2010-03-15 2010-03-15 二氧化钛包覆的碳纳米管的薄膜电极的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101777431B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102489283A (zh) * 2011-11-15 2012-06-13 中国科学院广州地球化学研究所 碳纳米管与{001}面TiO2微球复合材料光催化剂
CN103021666A (zh) * 2012-12-03 2013-04-03 彩虹集团公司 一种复合二氧化钛薄膜的制备方法
CN103360858A (zh) * 2013-08-02 2013-10-23 深圳市彩虹精细化工股份有限公司 隔热浆料、使用该隔热浆料的新型水性碳纳米管复合隔热保温涂料及其制备方法
CN103531753A (zh) * 2013-09-22 2014-01-22 天津大学 用于电极材料的连续碳纳米管-二氧化钛复合膜/纤维
CN104549203A (zh) * 2014-12-24 2015-04-29 长沙矿冶研究院有限责任公司 碳纳米管负载锐钛矿型纳米二氧化钛的制备方法
CN107863517A (zh) * 2017-11-07 2018-03-30 成都新柯力化工科技有限公司 一种用于锂电池的硅纳米管复合负极材料及制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006087986A1 (ja) * 2005-02-15 2006-08-24 Nippon Soda Co., Ltd. チタン酸化物粒子の分散液、チタン酸化物薄膜、有機機能膜形成用溶液、有機機能膜形成基体及びその製造方法
CN101354968A (zh) * 2008-09-16 2009-01-28 彩虹集团公司 一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006087986A1 (ja) * 2005-02-15 2006-08-24 Nippon Soda Co., Ltd. チタン酸化物粒子の分散液、チタン酸化物薄膜、有機機能膜形成用溶液、有機機能膜形成基体及びその製造方法
CN101354968A (zh) * 2008-09-16 2009-01-28 彩虹集团公司 一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102489283A (zh) * 2011-11-15 2012-06-13 中国科学院广州地球化学研究所 碳纳米管与{001}面TiO2微球复合材料光催化剂
CN103021666A (zh) * 2012-12-03 2013-04-03 彩虹集团公司 一种复合二氧化钛薄膜的制备方法
CN103360858A (zh) * 2013-08-02 2013-10-23 深圳市彩虹精细化工股份有限公司 隔热浆料、使用该隔热浆料的新型水性碳纳米管复合隔热保温涂料及其制备方法
CN103360858B (zh) * 2013-08-02 2014-12-17 深圳市彩虹精细化工股份有限公司 隔热浆料、使用该隔热浆料的新型水性碳纳米管复合隔热保温涂料及其制备方法
CN103531753A (zh) * 2013-09-22 2014-01-22 天津大学 用于电极材料的连续碳纳米管-二氧化钛复合膜/纤维
CN104549203A (zh) * 2014-12-24 2015-04-29 长沙矿冶研究院有限责任公司 碳纳米管负载锐钛矿型纳米二氧化钛的制备方法
CN107863517A (zh) * 2017-11-07 2018-03-30 成都新柯力化工科技有限公司 一种用于锂电池的硅纳米管复合负极材料及制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101777431B (zh) 2012-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101770869B (zh) 一种用于制备染料敏化太阳能电池用二氧化钛薄膜的方法
CN101777431B (zh) 二氧化钛包覆的碳纳米管的薄膜电极的制备方法
CN102347143B (zh) 一种石墨烯复合多孔对电极、制备方法及其应用
CN109004048A (zh) 一种铯铅溴无机钙钛矿量子点薄膜的制备方法及基于其的光伏器件
CN101777429A (zh) 基于石墨烯的染料敏化太阳能电池复合光阳极及制备方法
CN101901693A (zh) 石墨烯复合染料敏化太阳能电池的光阳极及其制备方法
CN106277023A (zh) 双层结构CeO2纳米空心球的制备方法及其应用
CN101728083A (zh) 染料敏化太阳能电池用分级结构光阳极及其制备方法
CN101866753B (zh) 染料敏化太阳能电池光阳极表面的处理方法
CN101567268B (zh) 一种三元双层二氧化钛膜的制备方法
CN101777430B (zh) 一种染料敏化太阳能电池光阳极用二氧化钛膜的制备方法
CN106206043A (zh) 一种FeS2纳米棒/石墨烯对电极材料及其制备方法与应用
CN107799316B (zh) 一种PbS量子点敏化TiO2薄膜的制备方法及其应用
Liang et al. A facile gas-driven ink spray (GDIS) deposition strategy toward hole-conductor-free carbon-based perovskite solar cells
CN104979098A (zh) 染料敏化太阳能电池的对电极及其制备方法和应用
CN106653927A (zh) 一种基于Cs2SnI6&CH3NH3PbI3体异质结的太阳能电池及制备方法
CN101572190B (zh) 一种有机载体体系的TiO2浆料的制备方法
CN102751105B (zh) 一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法
CN103896331A (zh) 模板法制备的二维TiO2纳米材料的方法
CN107705993B (zh) 染料敏化太阳电池氧化铜纳米棒阵列对电极及其制备方法
CN108878658B (zh) 一种基于金属离子掺杂二氧化钛间隔层的光稳定钙钛矿太阳电池及其制备方法
CN106847518B (zh) 一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法
CN106024397B (zh) 量子点敏化太阳能电池TiO2光阳极缺陷的修复方法
CN114566597A (zh) 一种提高钙钛矿太阳电池环境稳定性的界面修饰方法
CN106566550A (zh) 复合材料上转换发光材料的制备方法及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120523

Termination date: 20150315

EXPY Termination of patent right or utility model