CN102097216A - 一种染料敏化太阳能电池新型光阳极材料Bi4Ti3O12 - Google Patents

一种染料敏化太阳能电池新型光阳极材料Bi4Ti3O12 Download PDF

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陈增
李永军
张伟风
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Abstract

本发明提供了一种制备染料敏化太阳能电池新型光阳极-Bi4Ti3O12光阳极的方法。该方法采用溶胶沉淀法与高压水热法相结合，制备Bi4Ti3O12粉末颗粒。将Bi4Ti3O12粉末、乙基纤维素与正丁醇混合制备浆料，涂敷在透明导电玻璃衬底上(ITO)，之后利用N3染料敏化，制备Bi4Ti3O12光阳极。本发明所制备的Bi4Ti3O12光阳极的I-V特性与TiO2、ZnO、SnO2等简单半导体氧化物相似，表明Bi4Ti3O12可以用作染料敏化太阳能电池的光阳极材料。

Description

一种染料敏化太阳能电池新型光阳极材料Bi<sub>4</sub>Ti<sub>3</sub>O<sub>12</sub>
技术领域
本发明涉及染料敏化太阳能电池的一种新型光阳极材料，属于太阳能电池技术领域。
背景技术
随着世界经济的快速发展，化石燃料的消耗不断加速，由此引发的能源危机和环境污染成为当今世界和人类迫待解决的问题。太阳直接辐射到地球的能量丰富、分布广泛、可以再生，而且不污染环境，是国际社会公认的理想替代能源，因此作为光电转换装置的太阳能电池受到了世界各国科学界的重视。自上世纪九十年代初
Figure BSA00000448919700011
等人将纳晶多孔的TiO2薄膜电极引入染料敏化太阳能电池(DSSC)以后，染料敏化太阳能电池的光电转换效率实现了质的飞跃，染料敏化二氧化钛纳米薄膜太阳能电池具有制作简单、成本低廉、效率高和寿命长等优点，其光电转换效率目前可以达到11％以上，因此成为新一代太阳能电池的主要研究发展方向。纳晶多孔半导体薄膜电极是染料敏化太阳能电池的核心部分，纳晶多孔半导体薄膜既是染料的载体，又是收集和传输电子的媒介，对染料敏化太阳能电池的性能有着重要的影响。目前研究多是简单半导体氧化物，如：TiO2、ZnO、SnO2、Nb2O5、WO3和In2O3等，多元半导体氧化物研究较少，而多元氧化物在通过调节组成改变其物理、化学性质方面更具优势，因此研究新型多元半导体氧化物光阳极材料是十分必要的。
发明内容
1、发明目的：本发明在于开发一种基于多元半导体氧化物的染料敏化太阳能电池新型光阳极材料。
2、技术方案
(1)采用溶胶沉淀法与高压水热法相结合，制备Bi4Ti3O12粉末。
(2)将Bi4Ti3O12粉末、乙基纤维素与正丁醇混合制备浆料，涂敷在透明导电玻璃衬底上(ITO)，之后利用顺-二硫氰根-二(2，2′-联吡啶-4，4′-二羧酸)合钌(II)染料(N3染料)敏化，制备Bi4Ti3O12光阳极。
3、优点及效果
通过本发明方案的实施，可以制备一种染料敏化太阳能电池的新型光阳极-Bi4Ti3O12光阳极。
测量方法
表面形貌用扫描电子显微镜(HitachiS-4300F，HITCHI，15kV)进行表征。
晶型结构用X-射线衍射仪(DX-2500，Cu靶)进行表征
染料敏化太阳能电池使用N3染料敏化的Bi4Ti3O12作光阳极，使用金属铂片作对电极，用含有0.6M DMP II(dimethylpropylimidazolium iodide)+0.1M I2+0.5M 4-tertbutylpyridine+0.1M LiI的三甲氧基丙腈溶液作为电解质，组装电池进行测量。
电池的光电性能采用电化学工作站(CHI660C)在室温下测量。光源使用500W氙灯，入射光强为100mW/cm2，光照面积为0.25cm2。
附图说明
图1.本发明所制备Bi4Ti3O12粉末的XRD图
图2.本发明所制备Bi4Ti3O12薄膜的SEM图，(a)表面形貌；(b)横截面形貌
图3.本发明所制备Bi4Ti3O12光阳极的I-V曲线图
具体实施方式
实施例1：取一定化学计量比的Bi(NO3)3·5H2O和Ti(OC4H9)4分别溶解于冰醋酸，形成透明溶液，两溶液混合搅拌24小时，滴加Na2CO3水溶液，形成黄色沉淀。悬浊液在190℃高压水热12小时，冷却至室温后，超声分散，并多次采用去离子水水洗。离心分离得到沉淀物，干燥箱中60℃烘干，690℃烧结2小时，得到白色粉末样品Bi4Ti3O12，其XRD图谱见附图1。
取0.6g Bi4Ti3O12样品和0.1g乙基纤维素与5mL正丁醇混合，得到白色悬浊液，涂敷在透明导电玻璃衬底上(ITO)，450℃烧结30分钟，得到白色薄膜样品。重复上述涂敷和烧结过程3-5次，得到Bi4Ti3O12薄膜其表面及横截面形貌见附图2。将所制备的Bi4Ti3O12薄膜在N3染料的乙醇溶液中敏化。
采用N3染料敏化后的Bi4Ti3O12薄膜作光阳极，金属铂片为对电极，含有0.6M DMP II(dimethylpropylimidazolium iodide)+0.1M I2+0.5M4-tertbutylpyridine+0.1M LiI的三甲氧基丙腈溶液作为电解质，组装电池，采用CHI660C在0.015V～-1.0V范围内测定Bi4Ti3O12光阳极的I-V曲线，见附图3。
实施例2：如实施例1所述制备Bi4Ti3O12粉末样品，取3g Bi4Ti3O12样品、0.5g乙基纤维素和0.044g钛酸四丁酯与25mL正丁醇混合，得到白色悬浊液，涂敷在透明导电玻璃衬底上(ITO)，450℃烧结30分钟，得到白色薄膜样品。重复上述涂敷和烧结过程3-5次，得到TiO2修饰的Bi4Ti3O12薄膜，将所制备的TiO2修饰的Bi4Ti3O12薄膜在N3染料的乙醇溶液中敏化。
采用N3敏化后的TiO2修饰的Bi4Ti3O12薄膜作光阳极，金属铂片为对电极，含有0.6M DMP II(dimethylpropylimidazolium iodide)+0.1M I2+0.5M4-tertbutylpyridine+0.1M LiI的三甲氧基丙睛溶液作为电解质，组装电池，采用CHI660C在0.015V～-1.0V范围内测定TiO2修饰的Bi4Ti3O12光阳极的I-V曲线，见附图3。
从实施例可见，本发明的方案是可行的，Bi4Ti3O12光阳极具有与TiO2、ZnO、SnO2等简单半导体氧化物相似的I-V曲线，表明Bi4Ti3O12可以用作染料敏化太阳能电池的光阳极材料。
表1-Bi4Ti3O12光阳极I-V曲线特征数据

Claims (4)

1.一种染料敏化太阳能电池的新型光阳极材料，其特征在于：采用Bi4Ti3O12作为染料敏化太阳能电池光阳极材料。
2.根据权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池的新型光阳极材料，其特征在于：该方法采用溶胶沉淀法与高压水热法相结合的方法，制备Bi4Ti3O12粉末颗粒。
3.根据权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池的新型光阳极材料，其特征在于：采用顺-二硫氰根-二(2，2′-联吡啶-4，4′-二羧酸)合钌(II)染料(N3染料)敏化Bi4Ti3O12。
4.根据权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池的新型光阳极材料，其特征在于：采用TiO2等其他氧化物修饰Bi4Ti3O12。
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