CN102290250B - 一种制备太阳能电池光阳极的方法 - Google Patents

一种制备太阳能电池光阳极的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102290250B
CN102290250B CN 201110190192 CN201110190192A CN102290250B CN 102290250 B CN102290250 B CN 102290250B CN 201110190192 CN201110190192 CN 201110190192 CN 201110190192 A CN201110190192 A CN 201110190192A CN 102290250 B CN102290250 B CN 102290250B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrolyte
tio
nano
titanium foil
deionized water
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CN 201110190192
Other languages
English (en)
Other versions
CN102290250A (zh
Inventor
陈福义
樊莉红
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.)
Northwestern Polytechnical University
Original Assignee
Northwestern Polytechnical University
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 Northwestern Polytechnical University filed Critical Northwestern Polytechnical University
Priority to CN 201110190192 priority Critical patent/CN102290250B/zh
Publication of CN102290250A publication Critical patent/CN102290250A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102290250B publication Critical patent/CN102290250B/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

Landscapes

  • Hybrid Cells (AREA)

Abstract

一种制备太阳能电池光阳极的方法，在TiO2纳米管阵列表面通过光沉积方法沉积一层银纳米粒子。本发明通过合理控制硝酸银电解液浓度，将TiO2纳米管阵列置于硝酸银电解液中，通过紫外光源照射TiO2纳米管阵列表面。光沉积的光源波峰为365nm，光强为800～1400mw·cm-2，沉积时间为2～10min，得到经过银修饰的TiO2纳米管阵列光阳极。本发明用银代替金，以光沉积代替电子束光刻技术制备金属修饰光阳极，制备的银纳米粒子-TiO2纳米管阵列光阳极的短路电流密度和开路电压均有较大提高。本发明降低了对高成本贵金属的过分依赖，降低了成本，缩短了制备周期，使太阳能更大程度地得到利用，最终达到缓解能源压力的目的。

Description

一种制备太阳能电池光阳极的方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，具体是一种制备太阳能电池光阳极的方法。
背景技术
近年来，染料敏化纳米晶太阳能电池(DSSC)自发明以来，以成本低、工艺简单及性能稳定的优点，成为国内外竞相研究的热点。为了提高电池的光电转化效率，研究人员不断改进电池的敏化剂、电解质和半导体光阳极材料。其中，选择合适的半导体光阳极材料是提高电池的光电转化效率重要途径。自80年代，瑞士洛桑高等工业学校Gratzel的研究小组就致力于染料敏化TiO2薄膜太阳能电池的研究，在Nature(1991，353：737～740)上发表的“A Low-cost，High-efficiency Solar-cell Based onDye-sensitized Colloidal TiO2 Films”，标志着以多孔TiO2薄膜光阳极的研究终于取得了突破性进展。从此TiO2光阳极材料逐渐引起了人们的关注。但因为TiO2半导体自身存在无法突破的瓶颈，如带隙较宽(3.2eV)等，这一定程度上降低了DSSC的光电转化效率，制约了DSSC的工业化进程，所以，TiO2光阳极改性成为提高DSSC性能的主要途径之一。
目前，对于染料敏化纳米晶太阳能电池TiO2光阳极的改性研究已经取得了一定的成果。常用的改性方法主要有两种：一是使用TiO2纳米管代替TiO2纳米粒子，例如，2001年，美国科学家Grimes等人就在J.Mater.Res(2001，16：3331-3335)发表的论文“Titanium Oxide Nanotube Prepared by Anodic Oxidation”中利用电化学阳极氧化法成功地制备了TiO2纳米管阵列。大量实验证明，相比TiO2纳米粒子，TiO2纳米管阵列具有更好的电子传输性质。另外一种方法是贵金属修饰，例如，日本学者Nishijima等在J.Phys.Chem.Lett(2010，1，2031-2036)公开的文献“Plasmon-Assisted PhotocurrentGeneration from Visible to Near-Infrared Wavelength Using a Au-Nanorods/TiO2Electrode”中，提出在TiO2单晶表面沉积Au纳米棒阵列，发现Au-TiO2结构能够在可见光-近红外光范围内具有光伏性能。
在染料敏化太阳能电池光阳极的改性方法中，使用TiO2纳米管代替TiO2纳米粒子可以有效改善TiO2晶粒间的连通性，消除载流子复合中心，提高电子的传输效率，从而降低光电子的损耗。但作为染料敏化太阳能电池光阳极，单纯的TiO2纳米管仍无法从根本上解决TiO2半导体光响应区域小，收集效率低等问题。
Nishijima等人制备的Au-TiO2结构采用的就是贵金属修饰方法，但这种使用电子束光刻技术来实现金属修饰的方法有非常明显的缺点。首先，电子束光刻技术虽然加工精度高，但必需在真空条件下进行，加工成本昂贵，设备投入高，属于实验研究设备，但要应用于光伏技术，会带来巨大的成本压力；再加上光刻技术耗时长，工艺复杂，不能大规模工业化生产，所以这种方法难以在太阳能电池工业生产中应用。
综上所述，现有的贵金属修饰技术不能用于大规模低成本工业化生产，需要发明一种新的技术来解决目前贵金属修饰光阳极制备技术中成本高，制备周期长的问题，并进一步促进染料敏化太阳能电池技术的绿色低成本发展，缓解当今世界面临的能源危机问题。
在公开号为CN101271774A的的专利中，同济大学公开了一种可用于太阳能电池光阳极的材料、其制备方法及应用。这种光阳极是通过光电化学方法将金离子还原成金属粒子作金属表面等离子介质，采用凝胶工艺制备的TiO2薄膜作电子传输介质。尽管此专利与本申请专利机理基本一致，但现有的专利存在着明显的缺点：首先，采用凝胶工艺制备的TiO2薄膜，比TiO2纳米管阵列的电子传输性质差；其次，使用稀贵金属铂作为表面等离子介质，产量低且成本高，不符合太阳能电池大规模，低成本的发展趋势。
发明内容
为克服现有技术中存在的加工成本高，周期长，产品光收集效率低等不足，本发明提出了一种制备太阳能电池光阳极的方法。
本发明的具体过程如下：
步骤1，处理钛箔基体。将钛箔切割成条，抛光，用丙酮、无水乙醇和去离子水依次各超声波清洗5min。超声波功率均为200瓦。
步骤2，配制电解液。电解液为氟化铵电解液或氟化氢电解液、硝酸银电解液、饱和氯化钾电解液和硫酸钠电解液。其中：
氟化铵电解液由0.25wt％的氟化氨、2.5vol％的去离子水和97.5vol％的乙二醇组成。将称量好的氟化氨置于烧杯中并加入去离子水，搅拌至氟化氨完全溶解。在溶解有氟化氨的水溶液中加入乙二醇，充分搅拌使氟化氨的水溶液与乙二醇混合均匀，得到氟化氨与乙二醇的混合溶液。用2.0mol·L-1的硫酸溶液将氟化氨与乙二醇的混合溶液PH值调至6，得到氟化铵电解液。
氟化氢电解液是由0.1mol·L-1的氟化氢与2.0mol·L-1的硫酸组成的混合溶液。将称量好的氟化氢置于烧杯中并加入去离子水，充分搅拌至氟化氢与去离子水完全混合均匀。在溶解有氟化氢的水溶液中加入硫酸，充分搅拌使氟化氢的水溶液与硫酸混合均匀，得到氟化氢电解液。
硝酸银电解液是由0.02～0.5mol·L-1的硝酸银、0.1mol·L-1的硝酸钾和11.89g·L-1的聚乙二醇组成的水溶液。在烧杯中加入去离子水，将称量好的聚乙二醇、硝酸银和硝酸钾依次加入去离子水中，搅拌至聚乙二醇、硝酸银和硝酸钾完全溶解，得到硝酸银电解液。饱和氯化钾电解液是在去离子水中加入氯化钾，并不断搅拌，直至氯化钾不再溶解且有氯化钾析出，得到饱和氯化钾电解液。
硫酸钠电解液为0.01mol·L-1的硫酸钠溶液。在烧杯中加入去离子水，将称量好的硫酸钠加入去离子水中，充分搅拌至硫酸钠完全溶解，得到硫酸钠电解液。
步骤3，制备TiO2纳米管阵列。采用阳极氧化法在钛箔表面制备TiO2纳米管阵列。将直流电源的正极连接钛箔，负极连接铂网；将氟化铵电解液或氟化氢电解液导入烧杯中。将钛箔和铂网垂直地置于烧杯内，并使钛箔下端浸入氟化铵电解液或氟化氢电解液液面下1cm，使铂网完全浸入所述电解液中。钛箔和铂网之间相距2cm。将装有钛箔和铂网的烧杯放置在恒温磁力搅拌器上，得到制备TiO2纳米管阵列的阳极氧化装置，利用该装置对钛箔进行阳极氧化。氧化温度为17～30℃。使用氟化铵电解液在钛箔表面制备TiO2纳米管阵列时，氧化电压为30V，氧化时间为4h。使用氟化氢电解液在钛箔表面制备TiO2纳米管阵列时，氧化电压为20V，氧化时间为1h。氧化结束后，用去离子水清洗经过氧化的钛箔。将经过氧化的钛箔自然风干后放入电阻炉中煅烧。煅烧温度为500℃，煅烧1h，随炉冷却，得到TiO2纳米管阵列。
步骤4，制备盐桥。把90g的硝酸钾溶解在100g去离子水中，通过水浴锅将溶液加热至60℃并保温，得到硝酸钾溶液。在硝酸钾溶液中加入质量为9.5g的琼脂，升温至90℃溶解所加入的琼脂。把溶液灌入U形玻璃管中，自然冷却到20℃，即形成装有硝酸钾和琼脂固体混合物的盐桥。
步骤5，在TiO2纳米管阵列表面光沉积银。将硝酸银电解液导入烧杯内；将TiO2纳米管阵列置于烧杯中，并使TiO2纳米管阵列表面朝上浸入到硝酸银电解液中。通过紫外光源垂直照射TiO2纳米管阵列表面。光源波峰为365nm，光强为800～1400mw·cm-2，沉积时间为2～10min，得到经过银修饰的TiO2纳米管阵列光阳极。
本发明整合了现有TiO2纳米管和贵金属修饰两种方法，使用银代替金，使用光沉积代替电子束光刻技术制备银纳米粒子-TiO2纳米管阵列结构作为染料敏化太阳能电池光阳极。相比电子束光刻技术，使用光沉积技术制备金属修饰光阳极，降低了成本，缩短了制备周期。
按照上述方法制备了两种光阳极。使用线性扫描伏安法和交流阻抗法，测量了在模拟太阳光照下的电流-电压曲线与电化学阻抗谱。两种光阳极的性能参数见下表。观察银修饰TiO2纳米管阵列光阳极相比修饰前的光伏性质发现，经过金属修饰后的银纳米粒子-TiO2纳米管阵列光阳极相比修饰前短路电流密度和开路电压均有较大提高。短路电流密度和开路电压越高，表明其光收集效率和电子注入效率越高。
附表：两种光阳极的性能参数
Figure BSA00000533296500041
银修饰TiO2纳米管阵列光阳极提高光电转化效率的反应机理是：银纳米粒子的修饰有效地拓宽了光阳极上光电子的产生途径，主要有两方面，一是银纳米粒子吸收的光转化为表面等离子，并将这种激态电子注入到TiO2导带，增大了光阳极的光收集效率；二是银纳米粒子边缘处电场空间和时间受限，提高了近场强度，促进了银纳米粒子在可见光波段的电子激发，提高了电子的注入效率。此外，部分银粒子进入到TiO2纳米管内，使TiO2基体局部形成的良好的电子传导层，使注入电子在TiO2中的迁移变得更加容易，从而降低了光电子-空穴对复合，减少了电子损耗。
本发明是综合现有改性方法，采用低成本工艺实现贵金属银修饰，制备银纳米粒子-TiO2纳米管阵列结构的染料敏化太阳能电池光阳极。本发明能够降低现有技术中对高成本贵金属的过分依赖，并进一步提高染料敏化太阳能电池的光伏性能，使太阳能更大程度地得到利用，最终达到缓解能源压力的目的。
附图说明
附图1是银修饰TiO2纳米管阵列光阳极的制备流程图；
附图2是银修饰TiO2纳米管阵列光阳极的X射线衍射图；
附图3是TiO2纳米管阵列和两种不同光阳极模拟太阳光下的电流密度-电压曲线；
附图4是TiO2纳米管阵列和两种不同光阳极在可见光下的电流密度-电压曲线；
附图5是TiO2纳米管阵列和两种不同光阳极在模拟太阳光下的电化学阻抗谱。
其中：
T1是使用氟化铵制得的TiO2纳米管阵列；
T2是使用氟化氢制得的TiO2纳米管阵列；
P1是采用光沉积在使用氟化铵制得的TiO2纳米管上进行银修饰获得的光阳极；
P2是采用光沉积在使用氟化氢制得的TiO2纳米管上进行银修饰获得的光阳极。
具体实施方式
实施例1
本实施例是一种制备太阳能电池光阳极的方法。
本实施例的制备过程如下：
步骤1，处理钛箔基体：将钛箔切割成1cm×5cm的小条，抛光，用丙酮、无水乙醇和去离子水依次各超声波清洗5min；超声波功率均为200瓦。
步骤2，配制电解液：电解液为氟化铵电解液、硝酸银电解液、饱和氯化钾电解液和硫酸钠电解液。其中：
氟化铵电解液由0.25wt％的氟化氨、2.5vol％的去离子水和97.5vol％的乙二醇组成；将称量好的氟化氨置于烧杯中并加入去离子水，搅拌至氟化氨完全溶解；在溶解有氟化氨的水溶液中加入乙二醇，充分搅拌使氟化氨的水溶液与乙二醇混合均匀，得到氟化氨与乙二醇的混合溶液；用2.0mol·L-1的硫酸溶液将氟化氨与乙二醇的混合溶液PH值调至6，得到氟化铵电解液。
硝酸银电解液是由0.02mol·L-1的硝酸银、0.1mol·L-1的硝酸钾和11.89g·L-1的聚乙二醇组成的水溶液；在烧杯中加入去离子水，将称量好的聚乙二醇、硝酸银和硝酸钾依次加入去离子水中，搅拌至聚乙二醇、硝酸银和硝酸钾完全溶解，得到硝酸银电解液；饱和氯化钾电解液是在去离子水中加入氯化钾，并不断搅拌，直至氯化钾不再溶解且有氯化钾析出，得到饱和氯化钾电解液。
硫酸钠电解液为0.01mol·L-1的硫酸钠溶液；在烧杯中加入去离子水，将称量好的硫酸钠加入去离子水中，充分搅拌至硫酸钠完全溶解，得到硫酸钠电解液。
步骤3，制备TiO2纳米管阵列：采用阳极氧化法在钛箔表面制备TiO2纳米管阵列；将HMP系列通用型直流电源供应器的正极连接钛箔，负极连接铂网；将氟化铵电解液导入烧杯中；将钛箔和铂网垂直地置于烧杯内，并使钛箔下端浸入氟化铵电解液液面下1cm，使铂网完全浸入氟化铵电解液中；钛箔和铂网之间相距2cm；将装有钛箔和铂网的烧杯放置在恒温磁力搅拌器上，得到制备TiO2纳米管阵列的阳极氧化装置，利用该装置对钛箔进行阳极氧化；氧化温度为17℃，氧化电压为30V，氧化时间为4h；氧化结束后，用去离子水清洗经过氧化的钛箔；将经过氧化的钛箔自然风干后放入电阻炉中煅烧；煅烧温度为500℃，煅烧1h，随炉冷却，得到TiO2纳米管阵列。
步骤4，制备盐桥：把90g的硝酸钾溶解在100g去离子水中，通过水浴锅将溶液加热至60℃并保温，得到硝酸钾溶液；在硝酸钾溶液中加入质量为9.5g的琼脂，升温至90℃溶解所加入的琼脂；把溶液灌入U形玻璃管中，自然冷却到20℃，即形成装有硝酸钾和琼脂固体混合物的盐桥。
步骤5，在TiO2纳米管阵列表面光沉积银：将硝酸银电解液导入烧杯内；将TiO2纳米管阵列置于烧杯中，并使TiO2纳米管阵列表面朝上浸入到硝酸银电解液中；通过紫外光源垂直照射TiO2纳米管阵列表面；光源波峰为365nm，光强为1400mw·cm-2，沉积时间为10min，得到经过银修饰的TiO2纳米管阵列光阳极。
实施例2
本实施例是一种制备太阳能电池光阳极的方法。
本实施例的制备过程如下：
步骤1，处理钛箔基体：将钛箔切割成1cm×5cm的小条，抛光，用丙酮、无水乙醇和去离子水依次各超声波清洗5min；超声波功率均为200瓦。
步骤2，配制电解液：电解液为氟化氢电解液、硝酸银电解液、饱和氯化钾电解液和硫酸钠电解液。其中：
氟化氢电解液是由0.1mol·L-1的氟化氢与2.0mol·L-1的硫酸组成的混合溶液。将称量好的氟化氢置于烧杯中并加入去离子水，充分搅拌至氟化氢与去离子水完全混合均匀；在溶解有氟化氢的水溶液中加入硫酸，充分搅拌使氟化氢的水溶液与硫酸混合均匀，得到氟化氢电解液。
硝酸银电解液是由0.05mol·L-1的硝酸银、0.1mol·L-1的硝酸钾和11.89g·L-1的聚乙二醇组成的水溶液；在烧杯中加入去离子水，将称量好的聚乙二醇、硝酸银和硝酸钾依次加入去离子水中，搅拌至聚乙二醇、硝酸银和硝酸钾完全溶解，得到硝酸银电解液；饱和氯化钾电解液是在去离子水中加入氯化钾，并不断搅拌，直至氯化钾不再溶解且有氯化钾析出，得到饱和氯化钾电解液。
硫酸钠电解液为0.01mol·L-1的硫酸钠溶液；在烧杯中加入去离子水，将称量好的硫酸钠加入去离子水中，充分搅拌至硫酸钠完全溶解，得到硫酸钠电解液。
步骤3，制备TiO2纳米管阵列：采用阳极氧化法在钛箔表面制备TiO2纳米管阵列；将HMP系列通用型直流电源供应器的正极连接钛箔，负极连接铂网；将氟化氢电解液导入烧杯中；将钛箔和铂网垂直地置于烧杯内，并使钛箔下端浸入氟化氢电解液液面下1cm，使铂网完全浸入氟化氢电解液中；钛箔和铂网之间相距2cm；将装有钛箔和铂网的烧杯放置在恒温磁力搅拌器上，得到制备TiO2纳米管阵列的阳极氧化装置，利用该装置对钛箔进行阳极氧化；氧化温度为20℃，氧化电压为20V，氧化时间为1h；氧化结束后，用去离子水清洗经过氧化的钛箔；将经过氧化的钛箔自然风干后放入电阻炉中煅烧；煅烧温度为500℃，煅烧1h，随炉冷却，得到TiO2纳米管阵列。
步骤4，制备盐桥：把90g的硝酸钾溶解在100g去离子水中，通过水浴锅将溶液加热至60℃并保温，得到硝酸钾溶液；在硝酸钾溶液中加入质量为9.5g的琼脂，升温至90℃溶解所加入的琼脂；把溶液灌入U形玻璃管中，自然冷却到20℃，即形成装有硝酸钾和琼脂固体混合物的盐桥。
步骤5，在TiO2纳米管阵列表面光沉积银：将硝酸银电解液导入烧杯内；将TiO2纳米管阵列置于烧杯中，并使TiO2纳米管阵列表面朝上浸入到硝酸银电解液中；通过紫外光源垂直照射TiO2纳米管阵列表面；光源波峰为365nm，光强为1200mw·cm-2，沉积时间为7min，得到经过银修饰的TiO2纳米管阵列光阳极。
实施例3
本实施例是一种制备太阳能电池光阳极的方法。
本实施例的制备过程如下：
步骤1，处理钛箔基体：将钛箔切割成1cm×5cm的小条，抛光，用丙酮、无水乙醇和去离子水依次各超声波清洗5min；超声波功率均为200瓦。
步骤2，配制电解液：电解液为氟化铵电解液、硝酸银电解液、饱和氯化钾电解液和硫酸钠电解液。其中：
氟化铵电解液由0.25wt％的氟化氨、2.5vol％的去离子水和97.5vol％的乙二醇组成；将称量好的氟化氨置于烧杯中并加入去离子水，搅拌至氟化氨完全溶解；在溶解有氟化氨的水溶液中加入乙二醇，充分搅拌使氟化氨的水溶液与乙二醇混合均匀，得到氟化氨与乙二醇的混合溶液；用2.0mol·L-1的硫酸溶液将氟化氨与乙二醇的混合溶液PH值调至6，得到氟化铵电解液。
硝酸银电解液是由0.1mol·L-1的硝酸银、0.1mol·L-1的硝酸钾和11.89g·L-1的聚乙二醇组成的水溶液；在烧杯中加入去离子水，将称量好的聚乙二醇、硝酸银和硝酸钾依次加入去离子水中，搅拌至聚乙二醇、硝酸银和硝酸钾完全溶解，得到硝酸银电解液；饱和氯化钾电解液是在去离子水中加入氯化钾，并不断搅拌，直至氯化钾不再溶解且有氯化钾析出，得到饱和氯化钾电解液。
硫酸钠电解液为0.01mol·L-1的硫酸钠溶液；在烧杯中加入去离子水，将称量好的硫酸钠加入去离子水中，充分搅拌至硫酸钠完全溶解，得到硫酸钠电解液。
步骤3，制备TiO2纳米管阵列：采用阳极氧化法在钛箔表面制备TiO2纳米管阵列；将WYK直流稳压电源的正极连接钛箔，负极连接铂网；将氟化铵电解液导入烧杯中；将钛箔和铂网垂直地置于烧杯内，并使钛箔下端浸入氟化铵电解液液面下1cm，使铂网完全浸入氟化铵电解液中；钛箔和铂网之间相距2cm；将装有钛箔和铂网的烧杯放置在恒温磁力搅拌器上，得到制备TiO2纳米管阵列的阳极氧化装置，利用该装置对钛箔进行阳极氧化；氧化温度为25℃，氧化电压为30V，氧化时间为4h；氧化结束后，用去离子水清洗经过氧化的钛箔；将经过氧化的钛箔自然风干后放入电阻炉中煅烧；煅烧温度为500℃，煅烧1h，随炉冷却，得到TiO2纳米管阵列。
步骤4，制备盐桥：把90g的硝酸钾溶解在100g去离子水中，通过水浴锅将溶液加热至60℃并保温，得到硝酸钾溶液；在硝酸钾溶液中加入质量为9.5g的琼脂，升温至90℃溶解所加入的琼脂；把溶液灌入U形玻璃管中，自然冷却到20℃，即形成装有硝酸钾和琼脂固体混合物的盐桥。
步骤5，在TiO2纳米管阵列表面光沉积银：将硝酸银电解液导入烧杯内；将TiO2纳米管阵列置于烧杯中，并使TiO2纳米管阵列表面朝上浸入到硝酸银电解液中；通过紫外光源垂直照射TiO2纳米管阵列表面；光源波峰为365nm，光强为1000mw·cm-2，沉积时间为5min，得到经过银修饰的TiO2纳米管阵列光阳极。
实施例4
本实施例是一种制备太阳能电池光阳极的方法。
本实施例的制备过程如下：
步骤1，处理钛箔基体：将钛箔切割成1cm×5cm的小条，抛光，用丙酮、无水乙醇和去离子水依次各超声波清洗5min；超声波功率均为200瓦。
步骤2，配制电解液：电解液为氟化氢电解液、硝酸银电解液、饱和氯化钾电解液和硫酸钠电解液。其中：
氟化氢电解液是由0.1mol·L-1的氟化氢与2.0mol·L-1的硫酸组成的混合溶液。将称量好的氟化氢置于烧杯中并加入去离子水，充分搅拌至氟化氢与去离子水完全混合均匀；在溶解有氟化氢的水溶液中加入硫酸，充分搅拌使氟化氢的水溶液与硫酸混合均匀，得到氟化氢电解液。
硝酸银电解液是由0.5mol·L-1的硝酸银、0.1mol·L-1的硝酸钾和11.89g·L-1的聚乙二醇组成的水溶液；在烧杯中加入去离子水，将称量好的聚乙二醇、硝酸银和硝酸钾依次加入去离子水中，搅拌至聚乙二醇、硝酸银和硝酸钾完全溶解，得到硝酸银电解液；饱和氯化钾电解液是在去离子水中加入氯化钾，并不断搅拌，直至氯化钾不再溶解且有氯化钾析出，得到饱和氯化钾电解液。
硫酸钠电解液为0.01mol·L-1的硫酸钠溶液；在烧杯中加入去离子水，将称量好的硫酸钠加入去离子水中，充分搅拌至硫酸钠完全溶解，得到硫酸钠电解液。
步骤3，制备TiO2纳米管阵列：采用阳极氧化法在钛箔表面制备TiO2纳米管阵列；将WYK直流稳压电源的正极连接钛箔，负极连接铂网；将氟化氢电解液导入烧杯中；将钛箔和铂网垂直地置于烧杯内，并使钛箔下端浸入氟化氢电解液液面下1cm，使铂网完全浸入氟化氢电解液中；钛箔和铂网之间相距2cm；将装有钛箔和铂网的烧杯放置在恒温磁力搅拌器上，得到制备TiO2纳米管阵列的阳极氧化装置，利用该装置对钛箔进行阳极氧化；氧化温度为30℃，氧化电压为20V，氧化时间为1h；氧化结束后，用去离子水清洗经过氧化的钛箔；将经过氧化的钛箔自然风干后放入电阻炉中煅烧；煅烧温度为500℃，煅烧1h，随炉冷却，得到TiO2纳米管阵列。
步骤4，制备盐桥：把90g的硝酸钾溶解在100g去离子水中，通过水浴锅将溶液加热至60℃并保温，得到硝酸钾溶液；在硝酸钾溶液中加入质量为9.5g的琼脂，升温至90℃溶解所加入的琼脂；把溶液灌入U形玻璃管中，自然冷却到20℃，即形成装有硝酸钾和琼脂固体混合物的盐桥。
步骤5，在TiO2纳米管阵列表面光沉积银：将硝酸银电解液导入烧杯内；将TiO2纳米管阵列置于烧杯中，并使TiO2纳米管阵列表面朝上浸入到硝酸银电解液中；通过紫外光源垂直照射TiO2纳米管阵列表面；光源波峰为365nm，光强为800mw·cm-2，沉积时间为2min，得到经过银修饰的TiO2纳米管阵列光阳极。
上述实施例中，光阳极由TiO2纳米管阵列和金属银薄膜两部分组成。TiO2纳米管阵列有两种。采用氟化铵电解液制备的TiO2纳米管阵列是由垂直密排在钛箔表面的TiO2纳米管形成，内孔径为70±4nm，管壁为20±2nm，管长为1.946um；采用氟化氢电解液制备的TiO2纳米管阵列是由垂直密排在钛箔表面的TiO2纳米管形成，TiO2纳米管内孔径为100±10nm，管壁为20±4nm，管长为450±30nm。TiO2纳米管阵列表面的银薄膜是由片状银纳米粒子形成，最大粒子长为1.5μm，厚60～100nm。
为了表征经过银修饰光阳极的光伏性质，对所述的银修饰光阳极进行了光伏性质测试。光伏性质测试在17℃进行，使用CHI660C型电化学工作站进行数据采集。测试采用三电极体系，即以银修饰TiO2纳米管阵列光阳极为阴极，铂网为阳极，饱和甘汞为参比电极。具体过程是，将硫酸钠电解液导入石英烧杯内；将铂网和经过银修饰TiO2纳米管阵列光阳极垂直地置入烧杯内，并使钛箔下端浸入硫酸钠电解液液面下1cm，使铂网完全浸入硫酸钠电解液中；经过银修饰TiO2纳米管阵列光阳极和铂网之间相距2cm。将饱和甘汞电极放置在饱和氯化钾电解液中，通过盐桥将所述的硫酸钠电解液和饱和氯化钾电解液连接；连接时，须使盐桥的两端分别浸入在硫酸钠电解液和饱和氯化钾电解液中，得到在经过银修饰TiO2纳米管阵列光阳极的短路电流-时间曲线测试装置。使用氙灯分别模拟太阳光和可见光作照射光源，所述模拟光源的光强均为100mW·cm-2。采用线性扫描伏安法在测量两种光照下的短路电流-时间曲线，电压范围为-0.1～1.2Vsce；并模拟太阳光进行电化学阻抗谱的测量，初始电位选为0.2Vsce，振幅为5mV，频率范围为100mHz～100kHz。

Claims (1)

1.一种制备太阳能电池光阳极的方法，其特征在于，具体过程如下：
步骤1，处理钛箔基体：将钛箔切割成条，抛光，用丙酮、无水乙醇和去离子水依次各超声波清洗5min；超声波功率均为200瓦；
步骤2，配制电解液：电解液为氟化铵电解液或氟化氢电解液、硝酸银电解液、饱和氯化钾电解液和硫酸钠电解液；其中：
氟化铵电解液由0.25wt％的氟化铵、2.5vol％的去离子水和97.5vol％的乙二醇组成；将称量好的氟化铵置于烧杯中并加入去离子水，搅拌至氟化铵完全溶解；在溶解有氟化铵的水溶液中加入乙二醇，充分搅拌使氟化铵的水溶液与乙二醇混合均匀，得到氟化铵与乙二醇的混合溶液；用2.0mol·L-1的硫酸溶液将氟化铵与乙二醇的混合溶液PH值调至6，得到氟化铵电解液；
氟化氢电解液是由0.1mol·L-1的氟化氢与2.0mol·L-1的硫酸组成的混合溶液；将称量好的氟化氢置于烧杯中并加入去离子水，充分搅拌至氟化氢与去离子水完全混合均匀；在溶解有氟化氢的水溶液中加入硫酸，充分搅拌使氟化氢的水溶液与硫酸混合均匀，得到氟化氢电解液；
硝酸银电解液是由0.02～0.5mol·L-1的硝酸银、0.1mol·L-1的硝酸钾和11.89g·L-1的聚乙二醇组成的水溶液；在烧杯中加入去离子水，将称量好的聚乙二醇、硝酸银和硝酸钾依次加入去离子水中，搅拌至聚乙二醇、硝酸银和硝酸钾完全溶解，得到硝酸银电解液；饱和氯化钾电解液是在去离子水中加入氯化钾，并不断搅拌，直至氯化钾不再溶解且有氯化钾析出，得到饱和氯化钾电解液；
硫酸钠电解液为0.01mol·L-1的硫酸钠溶液；在烧杯中加入去离子水，将称量好的硫酸钠加入去离子水中，充分搅拌至硫酸钠完全溶解，得到硫酸钠电解液；
步骤3，制备TiO2纳米管阵列：采用阳极氧化法在钛箔表面制备TiO2纳米管阵列；将直流电源的正极连接钛箔，负极连接铂网；将氟化铵电解液或氟化氢电解液导入烧杯中；将钛箔和铂网垂直地置于烧杯内，并使钛箔下端浸入氟化铵电解液或氟化氢电解液液面下1cm，使铂网完全浸入所述电解液中；钛箔和铂网之间相距2cm；将装有钛箔和铂网的烧杯放置在恒温磁力搅拌器上，得到制备TiO2纳米管阵列的阳极氧化装置，利用该装置对钛箔进行阳极氧化；氧化温度为17～30℃；使用氟化铵电解液在钛箔表面制备TiO2纳米管阵列时，氧化电压为30V，氧化时间为4h；使用氟化氢电解液在钛箔表面制备TiO2纳米管阵列时，氧化电压为20V，氧化时间为1h；氧化结束后，用去离子水清洗经过氧化的钛箔；将经过氧化的钛箔自然风干后放入电阻炉中煅烧；煅烧温度为500℃，煅烧1h，随炉冷却，得到TiO2纳米管阵列；
步骤4，制备盐桥：把90g的硝酸钾溶解在100g去离子水中，通过水浴锅将溶液加热至60℃并保温，得到硝酸钾溶液；在硝酸钾溶液中加入质量为9.5g的琼脂，升温至90℃溶解所加入的琼脂；把溶液灌入U形玻璃管中，自然冷却到20℃，即形成装有硝酸钾和琼脂固体混合物的盐桥；
步骤5，在TiO2纳米管阵列表面光沉积银：将硝酸银电解液导入烧杯内；将TiO2纳米管阵列置于烧杯中，并使TiO2纳米管阵列表面朝上浸入到硝酸银电解液中；通过紫外光源垂直照射TiO2纳米管阵列表面；光源波峰为365nm，光强为800～1400mw·cm-2，沉积时间为2～10min，得到经过银修饰的TiO2纳米管阵列光阳极。
CN 201110190192 2011-07-07 2011-07-07 一种制备太阳能电池光阳极的方法 Expired - Fee Related CN102290250B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110190192 CN102290250B (zh) 2011-07-07 2011-07-07 一种制备太阳能电池光阳极的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110190192 CN102290250B (zh) 2011-07-07 2011-07-07 一种制备太阳能电池光阳极的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102290250A CN102290250A (zh) 2011-12-21
CN102290250B true CN102290250B (zh) 2012-09-05

Family

ID=45336564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201110190192 Expired - Fee Related CN102290250B (zh) 2011-07-07 2011-07-07 一种制备太阳能电池光阳极的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102290250B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103526259B (zh) * 2013-10-08 2016-08-17 广州市健齿生物科技有限公司 一种钛合金手术器械表面处理工艺
CN104788022B (zh) * 2015-03-31 2017-04-05 哈尔滨工业大学 片状纳米银电致变色薄膜的应用
CN110136966B (zh) * 2019-06-12 2021-11-02 安徽理工大学 一种Al2O3-Ag@TiO2纳米棒光阳极复合材料及其制备方法
CN110993739A (zh) * 2019-12-13 2020-04-10 陕西易莱德新材料科技有限公司 一种太阳能电池用膜电极生产方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2191040A2 (en) * 2007-07-26 2010-06-02 The Penn State Research Foundation Highly-ordered titania nanotube arrays
CN101122041B (zh) * 2007-09-17 2011-05-25 西北有色金属研究院 一种制备多孔钛过滤材料表面功能化纳米结构膜的方法
CN101660189B (zh) * 2008-08-28 2011-02-09 中国科学院合肥物质科学研究院 分枝可控的二氧化钛纳米管阵列薄膜及其制备方法
CN101550581B (zh) * 2009-04-03 2011-05-11 西北有色金属研究院 一种双通大面积TiO2纳米管阵列膜的制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孙岚等.TiO2 纳米管阵列的制备、改性及其应用研究进展.《无机化学学报》.2007,第23卷(第11期), *
宁成云等.阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列的研究.《化学研究与应用》.2010,第22卷(第1期), *
管东升等.阳极氧化TiO2 纳米管阵列的制备与掺杂.《化学进展》.2008,第20卷(第12期), *

Also Published As

Publication number Publication date
CN102290250A (zh) 2011-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102280269B (zh) 一种TiO2纳米管阵列光阳极及其制备方法
CN101901693B (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
Ji et al. Highly-ordered TiO2 nanotube arrays with double-walled and bamboo-type structures in dye-sensitized solar cells
Pang et al. Well-aligned NiPt alloy counter electrodes for high-efficiency dye-sensitized solar cell applications
CN107130256B (zh) 硼掺杂氮化碳修饰二氧化钛复合光电极及其制备方法、应用
Feng et al. Single-crystal cobalt selenide nanobelt as a highly efficient cathode for stable quasi-solid-state dye sensitized solar cell
CN102290250B (zh) 一种制备太阳能电池光阳极的方法
Zheng et al. One-step in situ growth of Co 9 S 8 on conductive substrate as an efficient counter electrode for dye-sensitized solar cells
CN106328381A (zh) 一种全固态量子点敏化太阳能电池及其制备方法
Bhattacharya et al. CdTe nanoparticles decorated titania for dye sensitized solar cell: a novel co-sensitizer approach towards highly efficient energy conversion
CN102254702A (zh) 一种复合光阳极材料及在染料敏化电池制备中的应用
Xiao et al. Low temperature fabrication of high performance and transparent Pt counter electrodes for use in flexible dye-sensitized solar cells
Chan et al. Influence of nanomaterial fillers in biopolymer electrolyte system for squaraine-based dye-sensitized solar cells
Li et al. Improved performance of quantum dot-sensitized solar cells by full-spectrum utilization
Yang et al. A strategy of combining SILAR with solvothermal process for In2S3 sensitized quantum dot-sensitized solar cells
Sima et al. Preparation of nanostructured ZnO nanorods in a hydrothermal–electrochemical process
Cai et al. Porous acetylene-black spheres as the cathode materials of dye-sensitized solar cells
CN105826081A (zh) 一种二氧化钛基纳米棒阵列对电极及其制备方法和应用
CN102304735B (zh) 用于光阳极的银铜双金属薄膜及激光诱导换膜的方法
CN102324305A (zh) 用于染料敏化太阳能电池的复合结构对电极及其制备方法
Effendi et al. Studies on graphene zinc-oxide nanocomposites photoanodes for high-efficient dye-sensitized solar cells
Chou et al. Photovoltaic properties of an rGO/Pt counter electrode with AZO photoanode for dye-sensitized solar cells under low light intensity
CN102930995A (zh) 一种量子点修饰有机无机杂化太阳能电池及其制备方法
CN102568838A (zh) 敏化类太阳能电池的类洋葱石墨纳米球对电极及制备方法
CN106057476B (zh) 一种染料敏化太阳能电池FeSe2/Fe对电极的制备方法

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
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120905

Termination date: 20170707