CN101857382B - 一种片状碘氧化铋纳米薄膜电极的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种片状碘氧化铋(BiOI)纳米薄膜电极的制备方法。属于薄膜制备技术领域。该方法包括以下步骤:将铋化合物溶解于水中得到铋离子溶液,将碘化物溶于水中得到碘离子溶液,将镀有二氧化钛阻挡层的导电玻璃依次在这两种溶液中浸没,反应后用水清洗,重复过程15~90次循环多次,水洗干燥后即可得到片状碘氧化铋纳米薄膜电极。本发明制备方法简单,制备出的碘化氧铋晶体均匀分布于导电玻璃上,该产品可以用于生产太阳能电池。
Description
技术领域
本发明涉及一种片状碘氧化铋纳米薄膜电极的制备方法,属于薄膜制备技术领域。
背景技术
自从光伏效应发现以来,研究者们一直致力于发明一种将光能直接转化为电能的装置,它能从取之不竭的阳光中捕获能量并产生清洁的电能以供人类使用,这种装置我们一般称之为太阳能电池。太阳能电池的原理是光子落到半导体上产生电子和空穴对,导致在两种不同类型材料(即n型和p型)的界面(p-n结)上形成电势差,在电场作用下,电子由p区流向n区,空穴以反方向移动,连通电路即产生电流。地球每天接收的太阳能,相当于整个世界一年所消耗的总能量的数百倍,太阳每秒发出的能量就大约相当于500万吨标准煤完全燃烧时所释放出的全部热量,而且与人类历史相比太阳具有长得多的寿命,所以太阳能几乎是可供无限使用的能源。同时,太阳能具有情节性,不使用或排放有害物质,是绿色环保能源,不会造成公害。因此,在地球的化石能源即将消耗殆尽,世界面临严峻能源危机的现在,研究具有可持续发展的太阳能电池具有重要意义。
目前,太阳能电池主要还是以硅系为主,单晶、多晶和非晶硅都具有较高的效率和较成熟的技术,然而用硅制备太阳能电池对其纯度具有很高的要求,过高的成本限制了其实际应用。较低成本的多元化合物薄膜电池,如砷化镓、碲化镉、铜铟镓硒等,由于原材料有毒或在地壳中储备稀少也是很难得到大规模使用。此外,一种新的太阳能电池是采用有机物作为电极,目前正在研究中,它的问题是寿命较短和效率较低。所以,研究具有低廉成本,简单工艺的纳米晶太阳能电池在目前是一个热点,其主要方面是用染料敏化的二氧化钛纳米晶电池,它具有材料无毒、效率稳定的特点,然而需要昂贵的染料是二氧化钛染料敏化电池的重要不利因素。因此,研究一种无需染料敏化,制备简单的纳米晶太阳能电池具有很大的意义。
碘化氧铋分子式为BiOI,通常用作消毒剂。1972年Shtilikha等人发现其具有光电活性,因此具有制备太阳能电池的潜力。它的优点是价格便宜,并且和其他一些光电半导体材料相比具有低毒性的特点。因此,目前对碘化氧铋有很多研究和应用。同时以前报道的制备晶体碘化氧铋方法一般都需要先采用水热、溶剂热或微乳液法制备粉体,然后加入粘接剂涂膜覆盖在导电玻璃上使用。采用水热和溶剂热需要较高的温度,能耗大,导致成本提高,而微乳液法会在反应中引入有机物杂质,即使清洗也会有一部分残余,这样会影响最后的性能,并且使用粘接剂直接影响电子传递使得电池效率降低。所以本发明采用连续离子层吸附反应的方法,直接在导电玻璃上生成碘化氧铋结晶,整个反应在水溶液发生,无有机物残余,且无需加入粘接剂,反应条件为常温常压,条件温和,能耗低。
发明内容
本发明针对制备碘化氧铋薄膜存在的问题,提供一种制备片状碘氧化铋纳米薄膜的方法。该方法制备出的碘化氧铋纳米薄膜电极具有很好的光电活性。
一种制备片状碘氧化铋纳米薄膜的方法,其特征在于采用连续离子层吸附反应方法,步骤如下:
1、将导电玻璃片用异丙醇、乙醇洗涤干净并吹干,在0.1摩尔/升的四氯化钛水溶液中50℃水浴1小时,在导电玻璃片表面形成二氧化钛阻挡层,取出洗净;
2、按分子计量比称取硝酸铋和碘化钾原料,将称好的原料分别加入不同的烧杯中,用去离子水溶解,得到浓度相同的硝酸铋和碘化钾溶液,浓度为1~5毫摩尔/升;
3、采用连续离子层吸附反应的原理,将步骤1得到的有二氧化钛阻挡层的导电玻璃片依次浸入步骤2配置的两种溶液中,反应后用水清洗,重复过程15~90次,洗涤干燥后,即得到片状碘氧化铋纳米薄膜电极。
该反应采用连续离子层吸附反应原理,每次浸没区间用水充分清洗。根据沉浸不同的反应次数,可以控制结晶的程度和纳米层的厚度。
采用本发明的制备方法,得到的碘化氧铋薄膜分布均匀,结构呈交叉片状晶体结构,在导电玻璃上排列成阵列状。该方法过程简单,能耗低,产品质量稳定,易于工业化生产,过程中无毒无味,环境友好。
附图说明
图1实施例1-6所得薄膜及原始导电玻璃的X射线衍射(XRD)图谱;
图2实施例1-6所得薄膜及原始导电玻璃的扫描电子显微镜(SEM)图谱;
具体实施方式
实施例1
将导电玻璃片用异丙醇、乙醇洗涤干净并吹干,在0.1摩尔/升的四氯化钛水溶液中50℃水浴1小时,在导电玻璃片表面制成二氧化钛阻挡层,取出洗净;将硝酸铋加入水中,制得浓度为1毫摩尔/升的铋离子溶液;将碘化钾加入水中,制得浓度为1毫摩尔/升的碘离子溶液;将有二氧化钛阻挡层的导电玻璃片依次浸入上述两种溶液中,每次浸入后用水将残液冲洗干净,重复过程15次,洗涤干燥后即得到片状碘氧化铋纳米薄膜电极。
将薄膜电极和溅射有铂的导电玻璃封装组成太阳能电池,注入电解液,电解液溶剂为3-甲氧基丙腈,溶质为0.05摩尔/升碘,0.5摩尔/升碘化锂,0.5摩尔/升4-叔丁基吡啶。在1.5AM太阳光模拟器(Oriel,100毫瓦/平方厘米)下测试该电池的光电参数,有效光照面积为0.5平方厘米,测试方法为线性扫描伏安法,结果见表1。
实施例2
将导电玻璃片用异丙醇、乙醇洗涤干净并吹干,在0.1摩尔/升的四氯化钛水溶液中50℃水浴1小时,在导电玻璃片表面制成二氧化钛阻挡层,取出洗净;将硝酸铋加入水中,制得浓度为2毫摩尔/升的铋离子溶液;将碘化钾加入水中,制得浓度为2毫摩尔/升的碘离子溶液;将有二氧化钛阻挡层的导电玻璃片依次浸入上述两种溶液中,每次浸入后用水将残液冲洗干净,重复过程30次,洗涤干燥后即得到片状碘氧化铋纳米薄膜电极。
所得薄膜太阳能电池效果的参数测定方法同实施例1,结果见表1。
施例3
将导电玻璃片用异丙醇、乙醇洗涤干净并吹干,在0.1摩尔/升的四氯化钛水溶液中50℃水浴1小时,在导电玻璃片表面制成二氧化钛阻挡层,取出洗净;将硝酸铋加入水中,制得浓度为5毫摩尔/升的铋离子溶液;将碘化钾加入水中,制得浓度为5毫摩尔/升的碘离子溶液;将有二氧化钛阻挡层的导电玻璃片依次浸入上述两种溶液中,每次浸入后用水将残液冲洗干净,重复过程45次,洗涤干燥后即得到片状碘氧化铋纳米薄膜电极。
所得薄膜太阳能电池效果的参数测定方法同实施例1,结果见表1。
实施例4
将导电玻璃片用异丙醇、乙醇洗涤干净并吹干,在0.1摩尔/升的四氯化钛水溶液中50℃水浴1小时,在导电玻璃片表面制成二氧化钛阻挡层,取出洗净;将硝酸铋加入水中,制得浓度为5毫摩尔/升的铋离子溶液;将碘化钾加入水中,制得浓度为5毫摩尔/升的碘离子溶液;将有二氧化钛阻挡层的导电玻璃片依次浸入上述两种溶液中,每次浸入后用水将残液冲洗干净,重复过程60次,洗涤干燥后即得到片状碘氧化铋纳米薄膜电极。
所得薄膜太阳能电池效果的参数测定方法同实施例1,结果见表1。
实施例5
将导电玻璃片用异丙醇、乙醇洗涤干净并吹干,在0.1摩尔/升的四氯化钛水溶液中50℃水浴1小时,在导电玻璃片表面制成二氧化钛阻挡层,取出洗净;将硝酸铋加入水中,制得浓度为5毫摩尔/升的铋离子溶液;将碘化钾加入水中,制得浓度为5毫摩尔/升的碘离子溶液;将有二氧化钛阻挡层的导电玻璃片依次浸入上述两种溶液中,每次浸入后用水将残液冲洗干净,重复过程75次,洗涤干燥后即得到片状碘氧化铋纳米薄膜电极。
所得薄膜太阳能电池效果的参数测定方法同实施例1,结果见表1。
实施例6
将导电玻璃片用异丙醇、乙醇洗涤干净并吹干,在0.1摩尔/升的四氯化钛水溶液中50℃水浴1小时,在导电玻璃片表面制成二氧化钛阻挡层,取出洗净;将硝酸铋加入水中,制得浓度为5毫摩尔/升的铋离子溶液;将碘化钾加入水中,制得浓度为5毫摩尔/升的碘离子溶液;将有二氧化钛阻挡层的导电玻璃片依次浸入上述两种溶液中,每次浸入后用水将残液冲洗干净,重复过程90次,洗涤干燥后即得到片状碘氧化铋纳米薄膜电极。
所得薄膜太阳能电池效果的参数测定方法同实施例1,结果见表1。
表1 实施例1-6所得薄膜太阳能电池效果的参数。
Claims (1)
1.制备片状碘氧化铋纳米薄膜电极的方法,其特征在于采用连续离子层吸附反应方法,步骤如下:
1)、将导电玻璃片用异丙醇、乙醇洗涤干净并吹干,在0.1摩尔/升的四氯化钛水溶液中50℃水浴1小时,在导电玻璃片表面形成二氧化钛阻挡层,取出洗净;
2)、按分子计量比称取硝酸铋和碘化钾原料,将称好的原料分别加入不同的烧杯中,用去离子水溶解,得到浓度相同的硝酸铋和碘化钾溶液,浓度为1~5毫摩尔/升;
3)、将步骤1)得到的有二氧化钛阻挡层的导电玻璃片其依次浸入步骤2)配置的两种溶液中,反应后用水清洗,重复过程15~90次,洗涤干燥后,即得到片状碘氧化铋纳米薄膜电极。
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