CN105244170A - BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极及其制备方法，本发明涉及BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极及其制备方法。本发明是为了解决现有复合光阳极组装成染料敏化太阳能电池的光电转换效率低的问题，本发明是由BaWO4:Eu3+纳米晶、TiO2和FTO导电玻璃制成；方法为：硝酸钡和稀土溶液中加入表面活性剂和钨酸盐溶液，搅拌，然后热处理，再用无水乙醇洗涤，然后干燥，得到BaWO4:Eu3+纳米晶，再与TiO2组成混合溶胶，然后均匀涂在FTO玻璃表面，干燥，再焙烧，即完成。本发明制备的复合光阳极应用于染料敏化太阳能电池，使得电池的光电转化效率达到7.86％。本发明应用于染料敏化太阳能电池领域。

Description

BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极及其制备方法
技术领域
本发明涉及BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极及其制备方法。
背景技术
染料敏化太阳能电池(Dye-sensitizedSolarCells，简称为DSSCs)以其低廉的成本、简单的工艺和易于重复等优点，受到国内外的广泛关注。染料敏化的半导体光阳极是DSSCs的关键部分，在很大程度上决定了DSSCs的光电转化效率。目前通常使用的染料为联吡啶钌系列化合物，它们的吸收范围主要在400-600nm之间，对于长波可见光和占太阳光全部能量43％的红外光吸收较弱，这在一定程度上限制了DSSCs光电转换效率的进一步提高。通过拓宽染料的光谱响应范围、优化半导体表面结构和组成、加强染料与半导体之间的结合能明显增强光的吸收，降低电荷复合，加快电子的注入与传输。半导体光阳极作为染料吸附的载体和光生电子传输的通道，一直以来是DSSCs领域研究的焦点。
大量研究表明，通过窄禁带半导体复合、贵金属沉积以及金属离子掺杂等手段对TiO2光阳极进行修饰改性，可以改变非平衡载流子的产生机制，使产生的电子和空穴有效分离，拓宽对太阳光的吸收频带，从而提高DSSCs的光电转化效率。稀土元素具有独特的4f电子构型和化学物理特性，被广泛使用在电、磁、光领域。稀土发光是由稀土离子4f电子在不同能级间跃迁造成的，稀土离子吸收短波长光释放长波长光的现象称为稀土的下转换现象。利用下转换现象，将不被DSSCs吸收和利用的紫外光转换为可见光，可以在很大程度上提高DSSCs对太阳光的利用率，进而提高DSSCs的光电转换效率。
因此，如何合理设计出更有利于光吸收、电子注入和传输的、具有高效下转换发光功能的TiO2基复合电极光阳极是我们亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有复合光阳极组装成染料敏化太阳能电池的光电转化效率低的问题，提供BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极及其制备方法。
本发明BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极是由BaWO4:Eu3+纳米晶、TiO2和FTO导电玻璃制成；其中FTO导电玻璃为掺F的导电玻璃，面电阻＝30Ω/cm2，长度为2cm，宽度为1.5cm，厚度为3mm；稀土BaWO4:Eu3+和TiO2的质量比为1:(10～1000)。
本发明BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极的制备方法是按以下步骤实现：一、硝酸钡和稀土溶液中加入表面活性剂和钨酸盐溶液，搅拌，得到混合物A；二、将混合物A置于110～220℃条件下溶剂热处理2～48h，得到处理后的混合物；三、将步骤二处理后的混合物用无水乙醇洗涤，然后在温度为60～80℃的条件下干燥，即得到BaWO4:Eu3+纳米晶；四、按质量比1:(10～1000)的比例将BaWO4:Eu3+纳米晶与TiO2组成混合溶胶；五、用刮涂法将混合溶胶均匀涂在FTO玻璃表面，在温度为60～80℃的条件下空气中干燥3h，再在温度为450℃、升温速度为1～20℃/min及空气条件下焙烧30min，即完成BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极的制备，其中硝酸钡和稀土溶液的摩尔比为(1～100):1，硝酸钡和稀土溶液的摩尔总和与钨酸盐溶液的摩尔比为1：(1～10)。
本发明制备BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极的工艺简单、成本低、所需设备简单、生产安全性强，可以提高光阳极对太阳光的捕获能力，易于实现工业化生产。本发明将BaWO4应用于染料敏化太阳能电池，利用稀土离子的特殊性质，提高电池阳极对光的利用率，此外BaWO4:Eu3+拥有箭头型的形貌，它与TiO2复合，得到的BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极应用于染料敏化太阳能电池，使得电池的光电转化效率达到7.86％。
附图说明
图1是由实施例1制备的BaWO4:Eu3+纳米晶的扫描电子显微镜照片；
图2是由实施例1制备的BaWO4:Eu3+纳米晶的XRD图谱；
图3是由实施例1制备的BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极进一步组成染料敏化太阳能电池的光电流密度-光电压曲线。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极是由BaWO4:Eu3+纳米晶、TiO2和FTO导电玻璃制成；其中FTO导电玻璃为掺F的导电玻璃，面电阻＝30Ω/cm2，长度为2cm，宽度为1.5cm，厚度为3mm；BaWO4:Eu3+纳米晶和TiO2的质量比为1:(10～1000)。
本实施方式BaWO4:Eu3+纳米晶为四方晶相。
本实施方式将BaWO4应用于染料敏化太阳能电池，利用稀土离子的特殊性质，提高电池阳极对光的利用率，此外BaWO4:Eu3+拥有箭头型的形貌，它与TiO2复合，得到的BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极应用于染料敏化太阳能电池，使得电池的光电转化效率达到7.86％。
具体实施方式二：本实施方式BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极的制备方法是按以下步骤实现：一、向硝酸钡和稀土溶液中加入表面活性剂和钨酸盐溶液，搅拌，得到混合物A；二、将混合物A置于110～220℃条件下溶剂热处理2～48h，得到处理后的混合物；三、将步骤二处理后的混合物用无水乙醇洗涤，然后在温度为60～80℃的条件下干燥，即得到BaWO4:Eu3+纳米晶；四、按质量比1:(10～1000)的比例将BaWO4:Eu3+纳米晶与TiO2组成混合溶胶；五、用刮涂法将混合溶胶均匀涂在FTO玻璃表面，在温度为60～80℃的条件下空气中干燥3h，再在温度为450℃、升温速度为1～20℃/min及空气条件下焙烧30min，即完成BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极的制备，其中硝酸钡和稀土溶液的摩尔比为(1～100):1，硝酸钡和稀土溶液的摩尔总和与钨酸盐溶液的摩尔比为1：(1～10)。
本实施方式制备BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极的工艺简单、成本低、所需设备简单、生产安全性强，可以提高光阳极对太阳光的捕获能力，易于实现工业化生产。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤一所述的稀土溶液为浓度为0.05～2mol/L的稀土硝酸盐溶液；稀土硝酸盐溶液中溶质为硝酸铕，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合。其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同的是：步骤一所述的表面活性剂为油酸，加入量为10～30mL。其它与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四之一不同的是：步骤一所述的钨酸盐溶液为浓度为0.05～2mol/L的Na2WO4溶液。其它与具体实施方式二至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二至五之一不同的是：步骤二所述的热处理的温度为110～220℃。其它与具体实施方式二至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是：步骤五所述的焙烧的温度为450℃。其它与具体实施方式二至六之一相同。
下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。
实施例1：本实施例BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极的制备方法是由下述步骤完成的：一、向硝酸钡和浓度为0.05mol/L的稀土硝酸盐溶液中加入油酸和浓度为0.05～2mol/L的Na2WO4溶液，搅拌，得到混合物A；二、将混合物A置于180℃条件下溶剂热处理24h，得到处理后的混合物；三、将步骤二处理后的混合物用无水乙醇洗涤，然后在温度为80℃的条件下干燥，即得到BaWO4:Eu3+纳米晶；四、按质量比1:99将BaWO4:Eu3+纳米晶与商业TiO2(P25)组成混合溶胶；五、用刮涂法将上述混合溶胶均匀涂在FTO玻璃表面，在温度为80℃的条件下空气中干燥3h，再在温度为450℃、升温速度为2℃/min及空气条件下焙烧30min，即完成BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极的构筑，其中硝酸钡和稀土溶液的摩尔比为4:1，硝酸钡和稀土溶液的摩尔总和与钨酸盐溶液的摩尔比为1：1，油酸加入量为20mL。
本实施方式中所得BaWO4:Eu3+纳米晶的扫描电子显微镜照片如图1所示，从图1我们可以看出合成BaWO4为箭头型的纳米晶体；本实施方式中所得BaWO4:Eu3+纳米晶的XRD图谱如图2所示，从图2可以看出箭头型的BaWO4纳米晶体为纯相，无其他杂质存在；本实施方式中所得BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极进一步组成染料敏化太阳能电池的光电流密度-光电压曲线如图3所示，电池的光电转换效率为7.86％。其中染料敏化太阳能电池的阴极材料为Pt对电极。
由实施例可知，本发明将BaWO4应用于染料敏化太阳能电池，利用稀土离子的特殊性质，提高电池阳极对光的利用率，此外BaWO4:Eu3+拥有箭头型的形貌，它与TiO2复合，得到的BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极应用于染料敏化太阳能电池，使得电池的光电转化效率达到7.86％。

Claims (7)

1.BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极，其特征在于BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极是由BaWO4:Eu3+纳米晶、TiO2和FTO导电玻璃制成；其中FTO导电玻璃为掺F的导电玻璃，面电阻＝30Ω/cm2，长度为2cm，宽度为1.5cm，厚度为3mm；稀土BaWO4:Eu3+纳米晶和TiO2的质量比为1:(10～1000)。
2.如权利要求1所述的BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极的制备方法，其特征在于该方法是按以下步骤实现：一、向硝酸钡和稀土溶液中加入表面活性剂和钨酸盐溶液，搅拌，得到混合物A；二、将混合物A置于110～220℃条件下溶剂热处理2～48h，得到处理后的混合物；三、将步骤二处理后的混合物用无水乙醇洗涤，然后在温度为60～80℃的条件下干燥，即得到BaWO4:Eu3+纳米晶；四、按质量比1：(10～1000)的比例将BaWO4:Eu3+纳米晶与TiO2组成混合溶胶；五、用刮涂法将混合溶胶均匀涂在FTO玻璃表面，在温度为60～80℃的条件下空气中干燥3h，再在温度为450℃、升温速度为1～20℃/min及空气条件下焙烧30min，即完成BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极的制备，其中硝酸钡和稀土溶液的摩尔比为(1～100):1，硝酸钡和稀土溶液的摩尔总和与钨酸盐溶液的摩尔比为1：(1～10)。
3.根据权利要求2所述的BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极的制备方法，其特征在于步骤一所述的稀土溶液为浓度为0.05～2mol/L的稀土硝酸盐溶液；稀土硝酸盐溶液中溶质为硝酸铕，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合。
4.根据权利要求2所述的BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极的制备方法，其特征在于步骤一所述的表面活性剂为油酸，加入量为10～30ml。
5.根据权利要求2所述的BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极的制备方法，其特征在于步骤一所述的钨酸盐溶液为浓度为0.05～2mol/L的Na2WO4溶液。
6.根据权利要求2所述的BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极的制备方法，其特征在于步骤二所述的热处理的温度为110～220℃。
7.根据权利要求2所述的BaWO4:Eu3+/TiO2复合光阳极的制备方法，其特征在于步骤五所述的焙烧的温度为450℃。
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