CN107758734B - 一种分等级结构二氧化钛空心微米球的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用 - Google Patents

一种分等级结构二氧化钛空心微米球的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN107758734B
CN107758734B CN201711020670.XA CN201711020670A CN107758734B CN 107758734 B CN107758734 B CN 107758734B CN 201711020670 A CN201711020670 A CN 201711020670A CN 107758734 B CN107758734 B CN 107758734B
Authority
CN
China
Prior art keywords
tio
microsphere
micron ball
graded structure
dye
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.)
Active
Application number
CN201711020670.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN107758734A (zh
Inventor
魏明灯
谢锋炎
李亚峰
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.)
Fuzhou University
Original Assignee
Fuzhou 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 Fuzhou University filed Critical Fuzhou University
Priority to CN201711020670.XA priority Critical patent/CN107758734B/zh
Publication of CN107758734A publication Critical patent/CN107758734A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107758734B publication Critical patent/CN107758734B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells

Landscapes

  • Hybrid Cells (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)

Abstract

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种分等级结构TiO2空心微米球的简易制备和在染料敏化太阳能电池中的应用。本发明利用三聚氰胺和锡酸钾共同作为表面活性剂，协同调节表面形貌，得到形貌均一，比表面积高达200m2 g‑1的TiO2微米球。当作为染料敏化太阳能电池光阳极散射层时，以N719为敏化剂，在100mW/cm2的光强、AM1.5条件下，取得了8.70%的光电转化效率，与不添加散射层的商业化TiO2光阳极的6.79%相比，提高了28.1%。

Description

一种分等级结构二氧化钛空心微米球的制备及其在染料敏化 太阳能电池中的应用
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种分等级结构TiO2空心微米球的简易制备和在染料敏化太阳能电池中的应用。
背景技术
染料敏化太阳能电池以其工艺简单、成本低廉、稳定性良好、光电转化效率较高等诸多优势，成为硅基太阳电池最有竞争的替代者之一，有望广泛应用于实际生活中。所以，染料敏化太阳能电池的研究得到了许多科研工作者的关注。从目前的研究结果来看，TiO2是性能最优越的光阳极材料。TiO2是一种宽禁带半导体，带隙为3.2 eV，纳米尺寸的TiO2在染料吸附、电荷分离及传输等方面都显示了优异的性能。除此之外，TiO2具有较好的化学稳定性，能耐强酸强碱，这对电池器件的长期稳定性来说是十分重要的。近年来，分等级结构的TiO2因其比表面积大和散射作用强等优势成为新一轮的研究热点。但是，一般分等级结构TiO2的制备比较复杂，重现性低，且制备得到的样品比表面积和散射效果不太理想。
TiO2光阳极材料因其优越的电化学性能，引起了广泛的研究。分等级结构的TiO2材料的制备和应用是当前研究中的一个热门话题。目前还尚未有利用三聚氰胺和锡酸钾协同作用，通过一步水热法制备得到表面由TiO2纳米片插成的分等级微米球应用在染料敏化太阳能电池光阳极散射层中的相关专利报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分等级结构TiO2空心微米球的简易制备和在染料敏化太阳能电池中的应用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明首次利用三聚氰胺和锡酸钾共同作为表面活性剂，协同调节表面形貌，得到形貌均一，比表面积高达200 m2 g-1的TiO2微米球。当作为染料敏化太阳能电池光阳极散射层时，以N719为敏化剂，在100mW/cm2的光强、AM1.5条件下，取得了8.70%的光电转化效率，与不添加散射层的商业化TiO2光阳极的6.79% 相比，提高了28.1%。
分等级TiO2微米球合成方法：取15mL-25mL 异丙醇置于容积为100mL烧杯中，依次加入4mL-8mL 乙酰丙酮，0.3-0.6mmol 三聚氰胺以及0.2-0.4mmol 锡酸钾，搅拌10min左右，使烧杯中各药品充分混合。随后，用移液枪取0.5-1.5mL钛酸四丁酯，逐滴加入到烧杯中，继续搅拌30min。将烧杯中溶液转移到高压反应釜中，置于180-200℃烘箱中恒温反应8-16h，得到淡黄色沉淀。将淡黄色沉淀离心分离，用去离子水和乙醇各洗涤2次后得到分等级TiO2微米球。最后利用马弗炉以2℃/min的速率升温至400-500℃恒温2h-3h煅烧分等级TiO2微米球以提高其结晶性。
微米球浆料和光阳极膜的制备：
将制备得到的TiO2粉末与乙基纤维素，松油醇按20：2：1的重量比混合均匀，随后加入200 mL无水乙醇，充分搅拌后，40℃减压旋蒸30min得到白色粘稠状浆料。首先通过丝网印刷法在FTO导电玻璃上制备商业化TiO2吸收层，随后将微米球TiO2浆料印刷在商业化TiO2上层，制备成光阳极散射层，进行后续电化学性能表征。
本发明的显著优点在于：
本发明首次通过一步水热法制备得到表面由TiO2纳米片插成的分等级微米球，应用在染料敏化太阳能电池散射层上，获得了8.70%的高效率。该制备方法简便易行，重现性好，对将来高效染料敏化太阳能电池的研究提供了一个新思路。
附图说明
图1、TiO2分等级微米球的扫描电镜图；
图2、TiO2分等级微米球的透射电镜图；
图3、TiO2分等级微米球的XRD粉末衍射谱图；
图4、商业化TiO2有无添加本发明TiO2分等级微米球散射层的光电转化效率对比。
具体实施方式
为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
分等级TiO2微米球合成方法：取15mL-25mL 异丙醇置于容积为100mL烧杯中，依次加入4mL-8mL 乙酰丙酮，0.3-0.6mmol 三聚氰胺以及0.2-0.4mmol 锡酸钾，搅拌10min左右，使烧杯中各药品充分混合。随后，用移液枪取0.5-1.5mL钛酸四丁酯，逐滴加入到烧杯中，继续搅拌30min。将烧杯中溶液转移到高压反应釜中，置于180-200℃烘箱中恒温反应8-16h，得到淡黄色沉淀。将淡黄色沉淀离心分离，用去离子水和乙醇各洗涤2次后得到分等级TiO2微米球。最后利用马弗炉以2℃/min的速率升温至400-500℃恒温2h-3h煅烧分等级TiO2微米球以提高其结晶性。
微米球浆料和光阳极膜的制备：
将制备得到的TiO2粉末与乙基纤维素，松油醇按20：2：1的重量比混合均匀，随后加入200 mL无水乙醇，充分搅拌后，40℃减压旋蒸30min得到白色粘稠状浆料。首先通过丝网印刷法在FTO导电玻璃上制备商业化TiO2吸收层，随后将微米球TiO2浆料印刷在商业化TiO2上层，制备成光阳极散射层，进行后续电化学性能表征。
图1 为分等级微米球的扫描电镜图。从图1可以看出合成得到的分等级球表面为纳米片插成，且微球大小在500-1μm。
图2为分等级微米球透射电镜图，从图中可以看出该分等级球为空心结构。
图3为分等级微米球的XRD谱图，其各峰对应的JCDPS卡片为021-1272。在27o及34o等处出现了小峰，其可对应于SnO2的峰，卡片号为72-1147。该结果说明有较少量的SnO2纳米粒子负载在微米球上。由于SnO2材料的电子迁移率为100-200 cm2 V-1 s-1远高于TiO2材料的0.1-1 cm2 V-1 s-1，所以少量的SnO2纳米粒子有助于提高电子扩散速率。
图4为添加本发明分等级微米球作为散射层与不添加散射层的染料敏化太阳能电池的性能对比。当添加散射层之后，性能为8.70%，与不添加散射层时效率6.79% 相对比，提高了28.1%。性能的显著提高证明该分等级微米球材料具优越的散射性能。
表1中将添加分等级微米球作为散射层与不添加散射层的染料敏化太阳能电池的性能的参数进行汇总对比。性能的提高主要是由于短路电流密度的提高，从12.69提高到16.67 mA cm-2。
表1商业化TiO2有无添加本发明TiO2分等级微米球散射层的光电性能各参数对比。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种分等级结构二氧化钛空心微米球的制备方法，其特征在于：具体步骤为：取15mL-25mL 异丙醇置于容积为100mL烧杯中，依次加入4mL-8mL 乙酰丙酮，0.3-0.6mmol 三聚氰胺以及0.2-0.4mmol 锡酸钾，搅拌10min，使烧杯中各药品充分混合；随后，用移液枪取0.5-1.5mL钛酸四丁酯，逐滴加入到烧杯中，继续搅拌30min；将烧杯中溶液转移到高压反应釜中，置于180-200℃烘箱中恒温反应8-16h，得到淡黄色沉淀；将淡黄色沉淀离心分离，用去离子水和乙醇各洗涤2次后得到分等级TiO2微米球；最后利用马弗炉以2℃/min的速率升温至400-500℃恒温2h-3h煅烧分等级TiO2微米球以提高其结晶性。
2.一种如权利要求1所述方法制备的分等级结构二氧化钛空心微米球在染料敏化太阳能电池中的应用，其特征在于：将制备得到的分等级结构TiO2空心微米球、乙基纤维素、松油醇混合均匀，随后加入200 mL无水乙醇，充分搅拌后，40℃减压旋蒸30min得到白色粘稠状微米球TiO2浆料；首先通过丝网印刷法在FTO导电玻璃上制备商业化TiO2吸收层，随后将微米球TiO2浆料印刷在商业化TiO2上层，制备成光阳极散射层，进行后续电化学性能表征。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：分等级结构TiO2空心微米球、乙基纤维素、松油醇按20：2：1的重量比混合。
CN201711020670.XA 2017-10-26 2017-10-26 一种分等级结构二氧化钛空心微米球的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用 Active CN107758734B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711020670.XA CN107758734B (zh) 2017-10-26 2017-10-26 一种分等级结构二氧化钛空心微米球的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711020670.XA CN107758734B (zh) 2017-10-26 2017-10-26 一种分等级结构二氧化钛空心微米球的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107758734A CN107758734A (zh) 2018-03-06
CN107758734B true CN107758734B (zh) 2019-07-09

Family

ID=61270456

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711020670.XA Active CN107758734B (zh) 2017-10-26 2017-10-26 一种分等级结构二氧化钛空心微米球的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107758734B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113097473B (zh) * 2021-03-31 2023-03-17 福州大学 一种纳米结构锐钛矿二氧化钛及其制备方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104577069A (zh) * 2015-01-23 2015-04-29 福州大学 一种TiO2-B纳米片及其石墨烯复合物的制备方法
CN105810442A (zh) * 2016-03-16 2016-07-27 长春工业大学 一种g-C3N4增强型太阳能电池的制造方法
CN106129344A (zh) * 2016-06-06 2016-11-16 重庆大学 一种二氧化锡/二氧化钛球形颗粒与石墨烯纳米带复合材料的制备方法
CN107162048A (zh) * 2017-07-10 2017-09-15 闽南师范大学 一种二氧化钛/氮化碳复合纳米材料的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104577069A (zh) * 2015-01-23 2015-04-29 福州大学 一种TiO2-B纳米片及其石墨烯复合物的制备方法
CN105810442A (zh) * 2016-03-16 2016-07-27 长春工业大学 一种g-C3N4增强型太阳能电池的制造方法
CN106129344A (zh) * 2016-06-06 2016-11-16 重庆大学 一种二氧化锡/二氧化钛球形颗粒与石墨烯纳米带复合材料的制备方法
CN107162048A (zh) * 2017-07-10 2017-09-15 闽南师范大学 一种二氧化钛/氮化碳复合纳米材料的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Facile synthesis of SnO2 coated urchin-like TiO2 hollow microspheres as efficient scattering layer for dye-sensitized solar cells;Fengyan Xie等;《Journal of Power Sources》;20161024;第336卷;第143-149页
In situ hydrothermal synthesis of g-C3N4/TiO2 heterojunction photocatalysts with high specific surface area for Rhodamine B degradation;Ruirui Hao等;《Applied Surface Science》;20170323;第411卷;第400-410页

Also Published As

Publication number Publication date
CN107758734A (zh) 2018-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kakiuchi et al. Enhanced photoelectrochemical performance of ZnO electrodes sensitized with N-719
CN104362412B (zh) 一种ZnO/g-C3N4纳米复合材料及其制备方法
CN108039411B (zh) 一种钙钛矿型太阳能电池及其修饰层制备方法
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
CN102881462B (zh) 一种ZnO纳米棒阵列/纳米颗粒团聚微球复合膜的制备方法
CN101567268B (zh) 一种三元双层二氧化钛膜的制备方法
CN106128772B (zh) 一种硫化铅量子点光伏电池的制备方法
CN106395892A (zh) 一种海胆状二氧化钛空心微球的制备方法
CN107611225B (zh) 一种提高锡酸钡基染料敏化太阳能电池光电转化效率的双表面处理方法
CN102610394B (zh) 一种过渡金属掺杂式α-Fe2O3纳米棒阵列的制备方法
CN107758734B (zh) 一种分等级结构二氧化钛空心微米球的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用
CN103887071A (zh) 一种柔性染料敏化太阳能电池纳米纸基复合光阳极及其制备方法
CN103871745A (zh) 一种树枝状ZnO纳米线阵列结构材料及其制备方法和应用
CN105244171B (zh) 一种原位合成ZnO纳米片光阳极膜及其制备方法
CN106952733A (zh) 一种新型复合双层光阳极薄膜及其制备方法、应用
CN104752063A (zh) 三维纳米棒片花结构的多孔TiO2纳米晶薄膜、制备方法及应用
CN108198691A (zh) 氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物的制备方法及染料敏化太阳能电池
Hu et al. Preparation and photoelectric properties of CuCr2O4 nanopowders
CN107814410B (zh) 一种三氟氧钛酸铵及其制备和应用
CN104576064B (zh) 用于染料敏化太阳能电池的ZnO/SnO2复合光阳极的制备方法
CN109054837B (zh) 一种稳固的NaYF4:Yb3+/Er3+@BiOCl核壳结构纳米晶的制备方法
CN106566550A (zh) 复合材料上转换发光材料的制备方法及其应用
CN105931849A (zh) 一种ZnO纳米棒/纳米片复合结构光阳极膜的制备方法及其制得的光阳极膜
CN109574062A (zh) Na5Yb9F32：Ho3+上转换材料及其制备方法，光阳极膜及其制备方法及应用
CN107068409B (zh) 一种包含优化结构光电极的染料敏化太阳能电池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant