CN108597882A - 一种改进光阳极的染料太阳能电池 - Google Patents

一种改进光阳极的染料太阳能电池 Download PDF

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    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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Abstract

本发明涉及一种改进光阳极的染料太阳能电池，该染料太阳能电池包括光阳极、与光阳极对置的对电极，填充在光阳极与对电极之间的电解液；所述光阳极包括FTO导电基底，在FTO导电基底表面设有TiO2复合薄膜，且，所述TiO2复合薄膜中镶嵌有Fe金属网；所述TiO2复合薄膜是通过丝网印刷TiO2复合浆料所形成的。

Description

一种改进光阳极的染料太阳能电池
技术领域
本发明涉及染料敏化太阳能技术领域，尤其涉及一种改进光阳极的染料太阳能电池。
背景技术
现有技术中，二氧化钛纳米材料是染料太阳能电池最常用的半导体氧化物材料，其在染料太阳能电池光电转换效率和长期稳定性方面均具有优势。目前，对于二氧化钛在染料电池中的应用做出了各种尝试，比如与二氧化钛有关的晶体晶面控制、晶体大小、晶体形状、表面修饰、半导体复合等特殊形貌与掺杂的二氧化钛作为染料电池的光阳极来进行研究，极大的促进了二氧化钛在染料电池领域中的发展。
发明内容
本发明旨在提供一种改进光阳极的染料太阳能电池，以解决上述提出问题。
本发明的实施例中提供了一种改进光阳极的染料太阳能电池，该染料太阳能电池包括光阳极、与光阳极对置的对电极，填充在光阳极与对电极之间的电解液；所述光阳极包括FTO导电基底，在FTO导电基底表面设有TiO2复合薄膜，且，所述TiO2复合薄膜中镶嵌有Fe金属网；所述TiO2复合薄膜是通过丝网印刷TiO2复合浆料所形成的。
优选地，所述TiO2复合薄膜中包括BaTiO3/LaFeO3/TiO2纳米片异质结构。
优选地，所述TiO2为纳米片，所述BaTiO3、LaFeO3均为纳米颗粒。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明在结构方面，在TiO2复合薄膜中镶嵌有Fe金属网，该Fe金属网一方面能够作为电子在阳极中传输的通道，有效减小了由于电极面积扩大使得电子传输降低的技术问题，另一方面，该Fe金属网能够与TiO2复合薄膜接触，对于接收电子、提高电子传输效率、减小电子湮灭起到了意料不到的技术效果。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明实施方式中所述染料太阳能电池的结构示意图。
其中，1-光阳极，2-对电极，3-电解液。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本发明的实施例涉及一种改进光阳极的染料太阳能电池，该染料太阳能电池包括光阳极1、与光阳极1对置的对电极2，填充在光阳极1与对电极2之间的电解液3。
其中，该光阳极1包括FTO导电基底，在FTO导电基底表面设有TiO2复合薄膜，且，所述TiO2复合薄膜中镶嵌有Fe金属网。
该TiO2复合薄膜是这样形成的：通过在FTO导电基底表面丝网印刷TiO2复合浆料，从而形成该TiO2复合薄膜；所述TiO2复合薄膜中包含BaTiO3/LaFeO3/TiO2纳米片异质结构，其中，该TiO2为纳米片，BaTiO3、LaFeO3均为纳米颗粒。
二氧化钛是一种宽带隙半导体过渡金属氧化物，其应用范围不断扩大，在传统领域如颜料、牙膏、涂料和近年快速发展的光电化学电池、染料太阳能电池、光催化、抗菌、气体传感器、场发射器件、微波吸收材料等都有广泛的应用。现阶段由于TiO2具有较好的物理化学稳定性，耐强酸碱腐蚀，而且纳米尺寸的TiO2在电荷传输分离、染料吸附等方面都显示出优异的性能，因此，染料太阳能电池的光阳极中一直用二氧化钛浆料作为主要物质。
本申请公开的方案中，结构方面，在TiO2复合薄膜中镶嵌有Fe金属网，该Fe金属网一方面能够作为电子在阳极中传输的通道，有效减小了由于电极面积扩大使得电子传输降低的技术问题，另一方面，该Fe金属网能够与TiO2复合薄膜接触，对于接收电子、提高电子传输效率、减小电子湮灭起到了意料不到的技术效果。
关于Fe金属网：
优选地，该Fe金属网为400目，单根Fe直径为30μm。
关于TiO2复合薄膜：
该TiO2复合薄膜厚度为60μm。
优选的，该TiO2复合薄膜中，BaTiO3、LaFeO3、TiO2的摩尔比为1:2:7。在上述摩尔质量控制下，BaTiO3、LaFeO3、TiO2结合能够发挥最佳的技术效果，提高电子传输效率、减小电子湮灭。
现有技术中，将BaTiO3、LaFeO3、和TiO2纳米片结合，构成异质结构，进而应用于光阳极的技术方案不多，本发明公开的光阳极中，该BaTiO3、LaFeO3除了能够提高电子传输效率之外，还对太阳光具有一定的散射能力，同时具有较大的比表面积，对于染料的吸附能够大大提高，增加染料对光的利用，从而提高了光电转换的效率，起到了意料不到的技术效果。
优选地，该TiO2纳米片边长为150nm。
优选地，该BaTiO3纳米颗粒粒径为10nm。
优选地，该LaFeO3纳米颗粒粒径为90nm。
本发明技术方案中，通过对上述TiO2复合薄膜及Fe金属网尺寸的限制，该光阳极产生了意料不到的技术效果，Fe金属网附近的电子能够及时被收集，有效降低光生载流子的复合几率，对于光电转换效率和短路电流密度的提高产生积极影响。
优选实施方式为，所述TiO2复合薄膜厚度为100μm，所述TiO2复合薄膜中镶嵌有一层Fe金属网。
优选实施方式为，所述TiO2复合薄膜厚度为200μm，所述TiO2复合薄膜中镶嵌有五层Fe金属网。
多层金属网设置的情况下，各层金属网均构成导电平面，各导电平面之间通过TiO2复合薄膜连接，最大的增强了对电子的吸收。
如下为本发明所述染料太阳能电池的制备步骤：
步骤1，制备光阳极
1)制备Fe金属网
将Fe金属网裁剪成需要尺寸，用丙酮、乙醇、去离子水清洗干净，然后用氮气吹干；
将质量分数为30％的氢氟酸与去例子水混合，两者体积比为HF：去离子水＝1:28，然后将清洗好的Fe金属网放入HF水溶液中，化学腐蚀，使得Fe丝直径减小到30μm，然后用乙醇和去离子水清洗Fe金属网，氮气吹干，压平，得到所需Fe金属网；
2)制备TiO2纳米片
通过水热法制备TiO2纳米片：在室温下，取10ml钛酸四丁酯，将其放入50ml的聚四氟乙烯反应釜中，然后，在搅拌情况下加入1.4ml的49wt.％氢氟酸溶液，在200℃下保温24h，得到白色沉淀，然后将其依次用超纯水和乙醇离心清洗，得到产物在70℃下干燥24h，得到所述TiO2纳米片；
3)制备LaFeO3纳米颗粒
分别取3mol的La(NO3)3、3mol的Fe(NO3)3和6mol的柠檬酸，将其分别溶于100ml蒸馏水中，搅拌，使其完全溶解；然后将上述三种物质的溶液混合，将混合溶液转移至水浴锅中，在70℃下加入聚乙二醇，调节pH至碱性后反应2h至形成凝胶，将凝胶在85℃下烘干2h，然后升温到180℃除去柠檬酸，得到粉末前驱体，将粉末前驱体置于马弗炉中，在空气气氛下830℃煅烧3h，得到所述LaFeO3纳米颗粒；
4)制备BaTiO3/LaFeO3/TiO2纳米片异质结构
将氢氧化钡完全溶于超纯水中，配置成浓度为15mM、60ml的溶液，然后将其加入到反应釜中，按照摩尔比例，向反应釜中加入上述得到的TiO2纳米片和LaFeO3纳米颗粒，磁力搅拌50min后，再210℃保温35h，待反应完毕后自然冷却至室温，所得产物用0.1M的盐酸溶液和去离子水洗涤多次，然后干燥得到所述的BaTiO3/LaFeO3/TiO2纳米片异质结构；
5)制备光阳极
首先，将BaTiO3/LaFeO3/TiO2纳米片异质结构配置成TiO2复合浆料；
光阳极基底为FTO基底，将其切割，清洗干净，然后配置0.04M的TiCl4水溶液，将清洗干净的FTO基底放入TiCl4水溶液中，在80℃下保持1h，取出，用去离子水反复冲洗，然后将FTO基底放入马弗炉中，在400℃退火1h；
采用丝网印刷法将TiO2复合浆料涂覆在处理过的FTO基底上，然后将Fe金属网压入TiO2复合浆料中，在表面继续涂覆浆料，达到所需厚度，将旋涂好浆料的FTO基底在260℃干燥5h，然后在290℃煅烧40min、310℃煅烧15min、360℃煅烧50min、450℃煅烧30min、500℃煅烧20min；
将煅烧后的FTO基底浸入到0.05mM染料N-719的乙腈和叔丁醇混合溶液中，乙腈和叔丁醇体积比为1:1，停留24h，取出后晾干，得到所述的光阳极；
步骤2，制备对电极
对电极为分散有铂的FTO基底，将对电极切割成与光阳极相同的尺寸，并在所需的位置钻孔，然后清洗备用；
步骤3，封装
将光阳极与对电极对置，在两电极之间注入电解液，共同组成一个三明治结构的电池，两电极之间进行封装；
电解液应用碘/碘三负离子电解液，首先称取100ml的乙腈溶液，向其中加入0.1M的碘化锂，0.1M单质碘，0.6M 4-叔丁基吡啶和0.6M的四丁基碘化铵，避光超声5min，使其充分溶解；然后称取5g的Ag纳米颗粒，将其加入混合溶液中，充分混合。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
本实施例中，该染料太阳能电池包括光阳极、与光阳极对置的对电极，填充在光阳极与对电极之间的电解液；该光阳极包括FTO导电基底，在FTO导电基底表面设有TiO2复合薄膜，且，所述TiO2复合薄膜中镶嵌有Fe金属网。
其中，该TiO2复合薄膜是通过丝网印刷TiO2复合浆料所形成的，TiO2复合薄膜中包括BaTiO3/LaFeO3/TiO2纳米片异质结构，该TiO2为纳米片，BaTiO3、LaFeO3均为纳米颗粒。
其中，该Fe金属网为400目，单根Fe直径为30μm。
其中，该TiO2复合薄膜厚度为60μm；BaTiO3、LaFeO3、TiO2的摩尔比为1:2:7；该TiO2纳米片边长为150nm，该BaTiO3纳米颗粒粒径为10nm，该LaFeO3纳米颗粒粒径为90nm。
如下为本发明所述染料太阳能电池的制备步骤：
步骤1，制备光阳极
1)制备Fe金属网
将Fe金属网裁剪成需要尺寸，用丙酮、乙醇、去离子水清洗干净，然后用氮气吹干；
将质量分数为30％的氢氟酸与去例子水混合，两者体积比为HF：去离子水＝1:28，然后将清洗好的Fe金属网放入HF水溶液中，化学腐蚀，使得Fe丝直径减小到30μm，然后用乙醇和去离子水清洗Fe金属网，氮气吹干，压平，得到所需Fe金属网；
2)制备TiO2纳米片
通过水热法制备TiO2纳米片：在室温下，取10ml钛酸四丁酯，将其放入50ml的聚四氟乙烯反应釜中，然后，在搅拌情况下加入1.4ml的49wt.％氢氟酸溶液，在200℃下保温24h，得到白色沉淀，然后将其依次用超纯水和乙醇离心清洗，得到产物在70℃下干燥24h，得到所述TiO2纳米片；
3)制备LaFeO3纳米颗粒
分别取3mol的La(NO3)3、3mol的Fe(NO3)3和6mol的柠檬酸，将其分别溶于100ml蒸馏水中，搅拌，使其完全溶解；然后将上述三种物质的溶液混合，将混合溶液转移至水浴锅中，在70℃下加入聚乙二醇，调节pH至碱性后反应2h至形成凝胶，将凝胶在85℃下烘干2h，然后升温到180℃除去柠檬酸，得到粉末前驱体，将粉末前驱体置于马弗炉中，在空气气氛下830℃煅烧3h，得到所述LaFeO3纳米颗粒；
4)制备BaTiO3/LaFeO3/TiO2纳米片异质结构
将氢氧化钡完全溶于超纯水中，配置成浓度为15mM、60ml的溶液，然后将其加入到反应釜中，按照摩尔比例，向反应釜中加入上述得到的TiO2纳米片和LaFeO3纳米颗粒，磁力搅拌50min后，再210℃保温35h，待反应完毕后自然冷却至室温，所得产物用0.1M的盐酸溶液和去离子水洗涤多次，然后干燥得到所述的BaTiO3/LaFeO3/TiO2纳米片异质结构；
5)制备光阳极
首先，将BaTiO3/LaFeO3/TiO2纳米片异质结构配置成TiO2复合浆料；
光阳极基底为FTO基底，将其切割，清洗干净，然后配置0.04M的TiCl4水溶液，将清洗干净的FTO基底放入TiCl4水溶液中，在80℃下保持1h，取出，用去离子水反复冲洗，然后将FTO基底放入马弗炉中，在400℃退火1h；
采用丝网印刷法将TiO2复合浆料涂覆在处理过的FTO基底上，然后将Fe金属网压入TiO2复合浆料中，在表面继续涂覆浆料，达到所需厚度，将旋涂好浆料的FTO基底在260℃干燥5h，然后在290℃煅烧40min、310℃煅烧15min、360℃煅烧50min、450℃煅烧30min、500℃煅烧20min；
将煅烧后的FTO基底浸入到0.05mM染料N-719的乙腈和叔丁醇混合溶液中，乙腈和叔丁醇体积比为1:1，停留24h，取出后晾干，得到所述的光阳极；
步骤2，制备对电极
对电极为分散有铂的FTO基底，将对电极切割成与光阳极相同的尺寸，并在所需的位置钻孔，然后清洗备用；
步骤3，封装
将光阳极与对电极对置，在两电极之间注入电解液，共同组成一个三明治结构的电池，两电极之间进行封装；
电解液应用碘/碘三负离子电解液，首先称取100ml的乙腈溶液，向其中加入0.1M的碘化锂，0.1M单质碘，0.6M 4-叔丁基吡啶和0.6M的四丁基碘化铵，避光超声5min，使其充分溶解；然后称取5g的Ag纳米颗粒，将其加入混合溶液中，充分混合。
染料太阳能电池的光电性能主要是由测定电池的短路电流密度-开路电压来表现，测试是在模拟标准太阳光照射下进行的，在AM1.5的标准光源下，对所得染料太阳能电池性能进行测试。
经测定，本实施例得到的染料太阳能电池开路电压为0.88V，短路电流密度为19.75mA/cm2，光电转换效率高达11.4％；可以看到，本实施例中，由于TiO2复合薄膜中包含BaTiO3/LaFeO3/TiO2纳米片异质结构，该BaTiO3、LaFeO3、TiO2结合能够发挥最佳的技术效果，提高电子传输效率、减小电子湮灭，进而体现在提高了光电转换效率。
实施例2
本实施例中，该染料太阳能电池包括光阳极、与光阳极对置的对电极，填充在光阳极与对电极之间的电解液；该光阳极包括FTO导电基底，在FTO导电基底表面设有TiO2复合薄膜，且，所述TiO2复合薄膜中镶嵌有Fe金属网。
其中，该TiO2复合薄膜是通过丝网印刷TiO2复合浆料所形成的，TiO2复合薄膜中包括BaTiO3/TiO2纳米片异质结构，该TiO2为纳米片，BaTiO3为纳米颗粒。
其中，该Fe金属网为400目，单根Fe直径为30μm。
其中，该TiO2复合薄膜厚度为60μm；BaTiO3、TiO2的摩尔比为1:7；该TiO2纳米片边长为150nm，该BaTiO3纳米颗粒粒径为10nm。
如下为本发明所述染料太阳能电池的制备步骤：
步骤1，制备光阳极
1)制备Fe金属网
将Fe金属网裁剪成需要尺寸，用丙酮、乙醇、去离子水清洗干净，然后用氮气吹干；
将质量分数为30％的氢氟酸与去例子水混合，两者体积比为HF：去离子水＝1:28，然后将清洗好的Fe金属网放入HF水溶液中，化学腐蚀，使得Fe丝直径减小到30μm，然后用乙醇和去离子水清洗Fe金属网，氮气吹干，压平，得到所需Fe金属网；
2)制备TiO2纳米片
通过水热法制备TiO2纳米片：在室温下，取10ml钛酸四丁酯，将其放入50ml的聚四氟乙烯反应釜中，然后，在搅拌情况下加入1.4ml的49wt.％氢氟酸溶液，在200℃下保温24h，得到白色沉淀，然后将其依次用超纯水和乙醇离心清洗，得到产物在70℃下干燥24h，得到所述TiO2纳米片；
3)制备BaTiO3/TiO2纳米片异质结构
将氢氧化钡完全溶于超纯水中，配置成浓度为15mM、60ml的溶液，然后将其加入到反应釜中，按照摩尔比例，向反应釜中加入上述得到的TiO2纳米片，磁力搅拌50min后，再210℃保温35h，待反应完毕后自然冷却至室温，所得产物用0.1M的盐酸溶液和去离子水洗涤多次，然后干燥得到所述的BaTiO3/TiO2纳米片异质结构；
4)制备光阳极
首先，将BaTiO3/TiO2纳米片异质结构配置成TiO2复合浆料；
光阳极基底为FTO基底，将其切割，清洗干净，然后配置0.04M的TiCl4水溶液，将清洗干净的FTO基底放入TiCl4水溶液中，在80℃下保持1h，取出，用去离子水反复冲洗，然后将FTO基底放入马弗炉中，在400℃退火1h；
采用丝网印刷法将TiO2复合浆料涂覆在处理过的FTO基底上，然后将Fe金属网压入TiO2复合浆料中，在表面继续涂覆浆料，达到所需厚度，将旋涂好浆料的FTO基底在260℃干燥5h，然后在290℃煅烧40min、310℃煅烧15min、360℃煅烧50min、450℃煅烧30min、500℃煅烧20min；
将煅烧后的FTO基底浸入到0.05mM染料N-719的乙腈和叔丁醇混合溶液中，乙腈和叔丁醇体积比为1:1，停留24h，取出后晾干，得到所述的光阳极；
步骤2，制备对电极
对电极为分散有铂的FTO基底，将对电极切割成与光阳极相同的尺寸，并在所需的位置钻孔，然后清洗备用；
步骤3，封装
将光阳极与对电极对置，在两电极之间注入电解液，共同组成一个三明治结构的电池，两电极之间进行封装；
电解液应用碘/碘三负离子电解液，首先称取100ml的乙腈溶液，向其中加入0.1M的碘化锂，0.1M单质碘，0.6M 4-叔丁基吡啶和0.6M的四丁基碘化铵，避光超声5min，使其充分溶解；然后称取5g的Ag纳米颗粒，将其加入混合溶液中，充分混合。
染料太阳能电池的光电性能主要是由测定电池的短路电流密度-开路电压来表现，测试是在模拟标准太阳光照射下进行的，在AM1.5的标准光源下，对所得染料太阳能电池性能进行测试。
经测定，本实施例得到的染料太阳能电池开路电压为0.54V，短路电流密度为13.12mA/cm2，光电转换效率降低为6.2％。
可以看到，本实施例中，由于TiO2复合薄膜中没有包含LaFeO3，使得光电转换效率大幅下降。
实施例3
本实施例中，该染料太阳能电池包括光阳极、与光阳极对置的对电极，填充在光阳极与对电极之间的电解液；该光阳极包括FTO导电基底，在FTO导电基底表面设有TiO2复合薄膜，且，所述TiO2复合薄膜中镶嵌有Fe金属网。
其中，该TiO2复合薄膜是通过丝网印刷TiO2复合浆料所形成的，TiO2复合薄膜中包括BaTiO3/LaFeO3/TiO2纳米片异质结构，该TiO2为纳米片，BaTiO3、LaFeO3均为纳米颗粒。
其中，该Fe金属网为400目，单根Fe直径为30μm。
其中，该TiO2复合薄膜厚度为200μm；所述TiO2复合薄膜中镶嵌有五层Fe金属网；BaTiO3、LaFeO3、TiO2的摩尔比为1:2:7；该TiO2纳米片边长为150nm，该BaTiO3纳米颗粒粒径为10nm，该LaFeO3纳米颗粒粒径为90nm。
如下为本发明所述染料太阳能电池的制备步骤：
步骤1，制备光阳极
1)制备Fe金属网
将Fe金属网裁剪成需要尺寸，用丙酮、乙醇、去离子水清洗干净，然后用氮气吹干；
将质量分数为30％的氢氟酸与去例子水混合，两者体积比为HF：去离子水＝1:28，然后将清洗好的Fe金属网放入HF水溶液中，化学腐蚀，使得Fe丝直径减小到30μm，然后用乙醇和去离子水清洗Fe金属网，氮气吹干，压平，得到所需Fe金属网；
2)制备TiO2纳米片
通过水热法制备TiO2纳米片：在室温下，取10ml钛酸四丁酯，将其放入50ml的聚四氟乙烯反应釜中，然后，在搅拌情况下加入1.4ml的49wt.％氢氟酸溶液，在200℃下保温24h，得到白色沉淀，然后将其依次用超纯水和乙醇离心清洗，得到产物在70℃下干燥24h，得到所述TiO2纳米片；
3)制备LaFeO3纳米颗粒
分别取3mol的La(NO3)3、3mol的Fe(NO3)3和6mol的柠檬酸，将其分别溶于100ml蒸馏水中，搅拌，使其完全溶解；然后将上述三种物质的溶液混合，将混合溶液转移至水浴锅中，在70℃下加入聚乙二醇，调节pH至碱性后反应2h至形成凝胶，将凝胶在85℃下烘干2h，然后升温到180℃除去柠檬酸，得到粉末前驱体，将粉末前驱体置于马弗炉中，在空气气氛下830℃煅烧3h，得到所述LaFeO3纳米颗粒；
4)制备BaTiO3/LaFeO3/TiO2纳米片异质结构
将氢氧化钡完全溶于超纯水中，配置成浓度为15mM、60ml的溶液，然后将其加入到反应釜中，按照摩尔比例，向反应釜中加入上述得到的TiO2纳米片和LaFeO3纳米颗粒，磁力搅拌50min后，再210℃保温35h，待反应完毕后自然冷却至室温，所得产物用0.1M的盐酸溶液和去离子水洗涤多次，然后干燥得到所述的BaTiO3/LaFeO3/TiO2纳米片异质结构；
5)制备光阳极
首先，将BaTiO3/LaFeO3/TiO2纳米片异质结构配置成TiO2复合浆料；
光阳极基底为FTO基底，将其切割，清洗干净，然后配置0.04M的TiCl4水溶液，将清洗干净的FTO基底放入TiCl4水溶液中，在80℃下保持1h，取出，用去离子水反复冲洗，然后将FTO基底放入马弗炉中，在400℃退火1h；
采用丝网印刷法将TiO2复合浆料涂覆在处理过的FTO基底上，然后将Fe金属网压入TiO2复合浆料中，在表面继续涂覆浆料，达到所需厚度，将旋涂好浆料的FTO基底在260℃干燥5h，然后在290℃煅烧40min、310℃煅烧15min、360℃煅烧50min、450℃煅烧30min、500℃煅烧20min；
将煅烧后的FTO基底浸入到0.05mM染料N-719的乙腈和叔丁醇混合溶液中，乙腈和叔丁醇体积比为1:1，停留24h，取出后晾干，得到所述的光阳极；
步骤2，制备对电极
对电极为分散有铂的FTO基底，将对电极切割成与光阳极相同的尺寸，并在所需的位置钻孔，然后清洗备用；
步骤3，封装
将光阳极与对电极对置，在两电极之间注入电解液，共同组成一个三明治结构的电池，两电极之间进行封装；
电解液应用碘/碘三负离子电解液，首先称取100ml的乙腈溶液，向其中加入0.1M的碘化锂，0.1M单质碘，0.6M 4-叔丁基吡啶和0.6M的四丁基碘化铵，避光超声5min，使其充分溶解；然后称取5g的Ag纳米颗粒，将其加入混合溶液中，充分混合。
染料太阳能电池的光电性能主要是由测定电池的短路电流密度-开路电压来表现，测试是在模拟标准太阳光照射下进行的，在AM1.5的标准光源下，对所得染料太阳能电池性能进行测试。
经测定，本实施例得到的染料太阳能电池开路电压为0.79V，短路电流密度为19.67mA/cm2，光电转换效率高达11.6％。
可以看到，本实施例中，由于TiO2复合薄膜中包含BaTiO3/LaFeO3/TiO2纳米片异质结构，同时该TiO2复合薄膜镶嵌有五层Fe金属网，该BaTiO3、LaFeO3、TiO2结合能够发挥最佳的技术效果，提高电子传输效率、减小电子湮灭，进而体现在提高了光电转换效率。
以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种改进光阳极的染料太阳能电池，该染料太阳能电池包括光阳极、与光阳极对置的对电极，填充在光阳极与对电极之间的电解液；其特征在于，所述光阳极包括FTO导电基底，在FTO导电基底表面设有TiO2复合薄膜，且，所述TiO2复合薄膜中镶嵌有Fe金属网；所述TiO2复合薄膜是通过丝网印刷TiO2复合浆料所形成的。
2.根据权利要求1所述的一种改进光阳极的染料太阳能电池，其特征在于，所述TiO2复合薄膜中包括BaTiO3/LaFeO3/TiO2纳米片异质结构。
3.根据权利要求2所述的一种改进光阳极的染料太阳能电池，其特征在于，所述TiO2为纳米片，所述BaTiO3、LaFeO3均为纳米颗粒。
4.根据权利要求3所述的一种改进光阳极的染料太阳能电池，其特征在于，所述TiO2纳米片边长为150nm，所述BaTiO3纳米颗粒粒径为10nm，所述LaFeO3纳米颗粒粒径为90nm。
5.根据权利要求3所述的一种改进光阳极的染料太阳能电池，其特征在于，所述染料太阳能电池的制备步骤：
步骤1，制备光阳极
1)制备Fe金属网
将Fe金属网裁剪成需要尺寸，用丙酮、乙醇、去离子水清洗干净，然后用氮气吹干；
将质量分数为30％的氢氟酸与去例子水混合，两者体积比为HF：去离子水＝1:28，然后将清洗好的Fe金属网放入HF水溶液中，化学腐蚀，使得Fe丝直径减小到30μm，然后用乙醇和去离子水清洗Fe金属网，氮气吹干，压平，得到所需Fe金属网；
2)制备TiO2纳米片
通过水热法制备TiO2纳米片；
3)制备LaFeO3纳米颗粒
分别取La(NO3)3、Fe(NO3)3和柠檬酸，将其分别溶于100ml蒸馏水中，搅拌，使其完全溶解；然后将上述三种物质的溶液混合，将混合溶液转移至水浴锅中，在70℃下加入聚乙二醇，调节pH至碱性后反应2h至形成凝胶，将凝胶在85℃下烘干2h，然后升温到180℃除去柠檬酸，得到粉末前驱体，将粉末前驱体置于马弗炉中，在空气气氛下830℃煅烧3h，得到所述LaFeO3纳米颗粒；
4)制备BaTiO3/LaFeO3/TiO2纳米片异质结构
5)制备光阳极
首先，将BaTiO3/LaFeO3/TiO2纳米片异质结构配置成TiO2复合浆料；
光阳极基底为FTO基底，将其切割，清洗干净，然后配置0.04M的TiCl4水溶液，将清洗干净的FTO基底放入TiCl4水溶液中，在80℃下保持1h，取出，用去离子水反复冲洗，然后将FTO基底放入马弗炉中，在400℃退火1h；
采用丝网印刷法将TiO2复合浆料涂覆在处理过的FTO基底上，然后将Fe金属网压入TiO2复合浆料中，在表面继续涂覆浆料，达到所需厚度，将旋涂好浆料的FTO基底在260℃干燥5h，然后在290℃煅烧40min、310℃煅烧15min、360℃煅烧50min、450℃煅烧30min、500℃煅烧20min；
将煅烧后的FTO基底浸入到0.05mM染料N-719的乙腈和叔丁醇混合溶液中，乙腈和叔丁醇体积比为1:1，停留24h，取出后晾干，得到所述的光阳极；
步骤2，制备对电极
对电极为分散有铂的FTO基底，将对电极切割成与光阳极相同的尺寸，并在所需的位置钻孔，然后清洗备用；
步骤3，封装
将光阳极与对电极对置，在两电极之间注入电解液，共同组成一个三明治结构的电池，两电极之间进行封装；
电解液应用碘/碘三负离子电解液，首先称取100ml的乙腈溶液，向其中加入0.1M的碘化锂，0.1M单质碘，0.6M 4-叔丁基吡啶和0.6M的四丁基碘化铵，避光超声5min，使其充分溶解；然后称取5g的Ag纳米颗粒，将其加入混合溶液中，充分混合。
6.根据权利要求1所述的一种改进光阳极的染料太阳能电池，其特征在于，所述Fe金属网为400目，单根Fe直径为30μm。
7.根据权利要求1所述的一种改进光阳极的染料太阳能电池，其特征在于，所述TiO2复合薄膜厚度为60μm。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116217216A (zh) * 2023-02-28 2023-06-06 上海交通大学 可变太阳吸收率铁酸镧陶瓷粉体及其制备方法和应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101877279A (zh) * 2009-04-28 2010-11-03 北京大学 一种电极和其制备方法以及含有该电极的染料敏化太阳能电池
CN102136372A (zh) * 2011-01-22 2011-07-27 上海联孚新能源科技有限公司 一种经离子注入处理的染料敏化太阳能电池及其制备方法
CN103794377A (zh) * 2014-02-21 2014-05-14 南京大学昆山创新研究院 一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法和应用
CN106702462A (zh) * 2017-01-25 2017-05-24 厦门大学 铁酸镧纳米颗粒修饰的二氧化钛纳米管阵列的制备方法
CN106971852A (zh) * 2017-04-14 2017-07-21 上海为然环保科技有限公司 一种改进型光阳极结构的染料敏化太阳能电池
CN107086656A (zh) * 2017-05-31 2017-08-22 深圳众厉电力科技有限公司 一种无人机充电装置
CN107285376A (zh) * 2017-07-18 2017-10-24 浙江大学 一种二维TiO2超薄纳米片及其制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101877279A (zh) * 2009-04-28 2010-11-03 北京大学 一种电极和其制备方法以及含有该电极的染料敏化太阳能电池
CN102136372A (zh) * 2011-01-22 2011-07-27 上海联孚新能源科技有限公司 一种经离子注入处理的染料敏化太阳能电池及其制备方法
CN102136372B (zh) * 2011-01-22 2012-11-14 上海联孚新能源科技有限公司 一种经离子注入处理的染料敏化太阳能电池及其制备方法
CN103794377A (zh) * 2014-02-21 2014-05-14 南京大学昆山创新研究院 一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法和应用
CN106702462A (zh) * 2017-01-25 2017-05-24 厦门大学 铁酸镧纳米颗粒修饰的二氧化钛纳米管阵列的制备方法
CN106971852A (zh) * 2017-04-14 2017-07-21 上海为然环保科技有限公司 一种改进型光阳极结构的染料敏化太阳能电池
CN107086656A (zh) * 2017-05-31 2017-08-22 深圳众厉电力科技有限公司 一种无人机充电装置
CN107285376A (zh) * 2017-07-18 2017-10-24 浙江大学 一种二维TiO2超薄纳米片及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
武峥: "《铁酸盐多铁材料光伏及催化性能研究》", 《中国博士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116217216A (zh) * 2023-02-28 2023-06-06 上海交通大学 可变太阳吸收率铁酸镧陶瓷粉体及其制备方法和应用

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