CN108962608A - 一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法 - Google Patents

一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法，涉及TiO2基复合光阳极领域。解决了如何提高由半导体光阳极构成的染料敏化太阳能电池的光电转换效率的问题。本发明包括如下步骤：先将氢氧化钠溶液和表面活性剂溶液混合，再向其中依次加入溶液A和钨酸盐溶液，并搅拌均匀；将获得的搅拌均匀后的混合溶液进行热处理，获得含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶；对含有杂质的纳米晶洗涤后，进行干燥，从而获得干燥后的纳米晶；将干燥后的纳米晶与TiO2(P25)进行混合，混合均匀后获得混合溶胶；将混合溶胶均匀涂抹在FTO玻璃表面后，干燥，然后将涂抹混合溶胶的FTO玻璃加热、焙烧，完成复合光阳极的制备。

Description

一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法
技术领域
本发明涉及TiO2基复合光阳极领域。
背景技术
随着人类社会的发展，能源需求量急剧增加，寻找清洁可再生能源迫在眉睫。太阳能是满足全球能源需求的可再生能源资源，而太阳能电池则是将光能转化为电能的最佳方式。
目前，染料敏化太阳能电池(DSSCs)引起了人们极大的兴趣，被认为是第三代太阳能电池技术中潜在的可再生能源。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。光阳极具有双重功能，分别是加载敏化剂和作为光敏电子从敏化剂到外电路的转运枢纽。因此，需要光阳极材料具有大的表面积来确保染料负载量高。而且还需要有快速的电荷传输速率以确保电子收集效率高。这两个属性是理想光阳极的决定性特征。毫无疑问，材料优越的光散射特性、快速的电子传输能力和大的比表面积等在提高DSSCs的光转换效率中都扮演着重要角色。
因此，如何合理设计出更有利于光吸收、电子注入和传输的、具有高效上转换发光功能的光阳极，从而使半导体光阳极的光电转换效率得以提高，最终使DSSCs的光电转换效率得以提高，是我们亟待解决的问题。
发明内容
本发明是为了解决如何提高由半导体光阳极构成的染料敏化太阳能电池的光电转换效率的问题，本发明提供了一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法。
一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：先将氢氧化钠溶液和表面活性剂溶液混合，再向其中依次加入溶液A和钨酸盐溶液，并搅拌均匀；所述溶液A为硝酸铒溶液和硝酸钙溶液按体积比1：(1～50)组合的混合溶液；氢氧化钠溶液的浓度为7mol/L～8mol/L；
硝酸铒溶液中的硝酸铒和硝酸钙溶液中的硝酸钙的摩尔比为1:(1～100)；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与表面活性剂溶液的体积比为1:(10～30)；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与钨酸盐溶液的体积比为1:(10～30)；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与氢氧化钠溶液的体积比为1:(1～5)；
步骤二：将步骤一获得的搅拌均匀后的混合溶液进行热处理2h～48h，热处理的温度范围为110℃～220℃，获得含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤三：用无水乙醇对含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶洗涤2～3次，对洗涤后的CaWO4:Er3+纳米晶置于60～80℃的条件下干燥2h～48h，从而获得干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤四：按质量比1：(10～1000)将干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶与TiO2(P25)进行混合，混合均匀后获得混合溶胶；
步骤五：用刮涂法将混合溶胶均匀涂抹在FTO玻璃表面后，在温度为60℃～80℃条件下的空气中干燥3h～5h，然后将涂抹混合溶胶的FTO玻璃加热至440℃～460℃后，焙烧25min～35min，完成CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极的制备。
优选的是，步骤五中，涂抹厚度为10um～12um。
优选的是，步骤五中，加热升温速度为1℃/min～20℃/min。
优选的是，步骤一中，硝酸铒溶液的浓度为0.05mol/L～2mol/L，硝酸钙溶液的浓度为0.05mol/L～2mol/L，钨酸盐溶液的浓度为0.05mol/L～2mol/L。
优选的是，步骤一中，硝酸铒溶液中溶质为硝酸铒，溶剂为水、无水乙醇、乙二醇中的一种或几种。
优选的是，步骤一中，表面活性剂溶液中的溶质为乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇单油酸酯、十六醇、油醇和油酸中的一种或几种，表面活性剂溶液中的溶剂为无水乙醇。
优选的是，步骤四中，干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶与TiO2(P25)的质量比为1：
(99～800)。
优选的是，步骤二中，热处理的温度为180℃～200℃。
优选的是，步骤二中，热处理的最佳时间为24h，热处理的最佳温度为180℃；
步骤三中，最佳干燥温度为80℃；
步骤五中，最佳干燥温度为80℃，最佳升温速度为2℃/min。
优选的是，步骤一中，钨酸盐溶液为Na2WO4溶液。
大量研究表明，通过掺杂金属和非金属元素、表面改性以及结合一些窄带隙的半导体材料等手段可以有效的提高染料敏化太阳能电池(DSSCs)的光电转换效率。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。在TiO2的杂交轨道上有稀土离子的参与后，可以降低激发电子和空穴重组从而来增加短路电流，提高光电转换效率。此外，稀土离子掺杂发光材料具有独特的上转换性能，可将不被DSSCs吸收和利用的红外光转换为可见光，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，本发明提出了构筑一种CaWO4:Er3+纳米晶，将CaWO4:Er3+纳米晶与TiO2进行复合制备出复合光阳极，从而提高染料敏化太阳能电池(DSSCs)的光电转换效率的问题。
本发明带来的有益效果是，本发明所述CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极的制备工艺简单、成本低、所需设备简单、生产安全性强，
由于光阳极光吸收效率和上转换发光性能得以提升，从而提高染料敏化太阳能电池对太阳光的捕获能力，易于实现工业化生产。CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极可制备染料敏化太阳能电池，电池的光电转换效率可达到为6.23％～8.33％，最高转化效率可到8.33％。
附图说明
图1为制备的CaWO4:Er3+纳米晶在透射电子显微镜下的图像；
图2为制备的CaWO4:Er3+纳米晶的XRD图谱；其中，θ表示角度；
图3为染料敏化太阳能电池的光电流密度-光电压曲线，其中，染料敏化太阳能电池由制备的CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极构成。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
具体实施方式一：本实施方式所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：先将氢氧化钠溶液和表面活性剂溶液混合，再向其中依次加入溶液A和钨酸盐溶液，并搅拌均匀；所述溶液A为硝酸铒溶液和硝酸钙溶液按体积比1：(1～50)组合的混合溶液；氢氧化钠溶液的浓度为7mol/L；硝酸铒溶液中的硝酸铒和硝酸钙溶液中的硝酸钙的摩尔比为1:(1～100)；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与表面活性剂溶液的体积比为1:(10～30)；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与钨酸盐溶液的体积比为1:(10～30)；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与氢氧化钠溶液的体积比为1:(1～5)；
步骤二：将步骤一获得的搅拌均匀后的混合溶液进行热处理2h～48h，热处理的温度范围为110℃～220℃，获得含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤三：用无水乙醇对含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶洗涤2～3次，对洗涤后的CaWO4:Er3+纳米晶置于60～80℃的条件下干燥2h～48h，从而获得干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤四：按质量比1：(10～1000)将干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶与TiO2(P25)进行混合，混合均匀后获得混合溶胶；
步骤五：用刮涂法将混合溶胶均匀涂抹在FTO玻璃表面后，在温度为60℃～80℃条件下的空气中干燥3h～5h，然后将涂抹混合溶胶的FTO玻璃加热至440℃～460℃后，焙烧25min～35min，完成CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极的制备。
本实施方式中得到的CaWO4:Er3+纳米晶在透射电子显微镜下的图像如图1所示，本实施方式中所得CaWO4:Er3+纳米晶的XRD图谱如图2所示；本实施方式中所得CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极进一步组成染料敏化太阳能电池，并对该太阳能电池进行测试得到太阳能电池的光电流密度-光电压曲线，具体参见图3，电池的光电转换效率可达到为6.23％～8.33％。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法的区别在于，步骤五中，涂抹厚度为10um～12um。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法的区别在于，步骤五中，加热升温速度为1℃/min～20℃/min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一、二或三所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法的区别在于，步骤一中，硝酸铒溶液的浓度为0.05mol/L～2mol/L，硝酸钙溶液的浓度为0.05mol/L～2mol/L，钨酸盐溶液的浓度为0.05mol/L～2mol/L。其它与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法的区别在于，步骤一中，硝酸铒溶液中溶质为硝酸铒，溶剂为水、无水乙醇、乙二醇中的一种或几种。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法的区别在于，步骤一中，表面活性剂溶液中的溶质为乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇单油酸酯、十六醇、油醇和油酸中的一种或几种，表面活性剂溶液中的溶剂为无水乙醇。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式中，当表面活性剂溶液中的溶质为油酸时，油酸与无水乙醇的最佳体积比为1:2。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法的区别在于，步骤四中，干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶与TiO2(P25)的质量比为1：(99～800)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法的区别在于，步骤二中，热处理的温度为180℃～200℃。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法的区别在于，步骤二中，热处理的最佳时间为24h，热处理的最佳温度为180℃；
步骤三中，最佳干燥温度为80℃；
步骤五中，最佳干燥温度为80℃，最佳升温速度为2℃/min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法的区别在于，步骤一中，钨酸盐溶液为Na2WO4溶液。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一或二所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法的区别在于，步骤五中，涂抹厚度为10um。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式四所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法的区别在于，步骤一中，硝酸铒溶液的最佳浓度为0.05mol/L，硝酸钙溶液的最佳浓度为0.1mol/L，钨酸盐溶液的最佳浓度为1mol/L。其它与具体实施方式四相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法的区别在于，步骤一中，硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与钨酸盐溶液的体积比为1:(1～3)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一或十三所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法的区别在于，步骤一中，硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与钨酸盐溶液的体积比为1:1。其它与具体实施方式一或十三相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法的区别在于，步骤一中，硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与氢氧化钠溶液的体积比为1:(1～4)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一或十五所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法的区别在于，步骤一中，硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与氢氧化钠溶液的体积比为1:4。其它与具体实施方式一或十五相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法的区别在于，步骤五中，涂抹混合溶胶的FTO玻璃加热的最佳温度为450℃。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一或十七所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法的区别在于，步骤五中，焙烧的最佳温度为30min。其它与具体实施方式一或十七相同。
采用下述实例来验证本发明的效果：
实例1：一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：先将氢氧化钠溶液和表面活性剂溶液混合，再向其中依次加入溶液A和钨酸盐溶液，并搅拌均匀；所述溶液A为硝酸铒溶液和硝酸钙溶液按体积比1：1组合的混合溶液；氢氧化钠溶液的浓度为7mol/；
硝酸铒溶液中的硝酸铒和硝酸钙溶液中的硝酸钙的摩尔比为1:1；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与表面活性剂溶液的体积比为1:10；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与钨酸盐溶液的体积比为1:10；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与氢氧化钠溶液的体积比为1:1；
步骤二：将步骤一获得的搅拌均匀后的混合溶液进行热处理2h～48h，热处理的温度范围为110℃～220℃，获得含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤三：用无水乙醇对含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶洗涤2～3次，对洗涤后的CaWO4:Er3+纳米晶置于60～80℃的条件下干燥2h～48h，从而获得干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤四：按质量比1：10将干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶与TiO2(P25)进行混合，混合均匀后获得混合溶胶；
步骤五：用刮涂法将混合溶胶均匀涂抹在FTO玻璃表面后，在温度为60℃～80℃条件下的空气中干燥3h～5h，然后将涂抹混合溶胶的FTO玻璃加热至440℃～460℃后，焙烧25min～35min，完成CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极的制备。
本实例中，改变步骤一和步骤四中各物质的配比后，将制备出来的CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极制备成染料敏化太阳能电池，并对染料敏化太阳能电池进行检测，可知太阳能电池光电转换效率可达6.45％～8.13％。
实例2：一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：先将氢氧化钠溶液和表面活性剂溶液混合，再向其中依次加入溶液A和钨酸盐溶液，并搅拌均匀；所述溶液A为硝酸铒溶液和硝酸钙溶液按体积比1：50组合的混合溶液；氢氧化钠溶液的浓度为8mol/L；
硝酸铒溶液中的硝酸铒和硝酸钙溶液中的硝酸钙的摩尔比为1:100；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与表面活性剂溶液的体积比为1:30；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与钨酸盐溶液的体积比为1:30；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与氢氧化钠溶液的体积比为1:5；
步骤二：将步骤一获得的搅拌均匀后的混合溶液进行热处理2h～48h，热处理的温度范围为110℃～220℃，获得含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤三：用无水乙醇对含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶洗涤2～3次，对洗涤后的CaWO4:Er3+纳米晶置于60～80℃的条件下干燥2h～48h，从而获得干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤四：按质量比1：1000将干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶与TiO2(P25)进行混合，混合均匀后获得混合溶胶；
步骤五：用刮涂法将混合溶胶均匀涂抹在FTO玻璃表面后，在温度为60℃～80℃条件下的空气中干燥3h～5h，然后将涂抹混合溶胶的FTO玻璃加热至440℃～460℃后，焙烧25min～35min，完成CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极的制备。
本实例中，改变步骤一和步骤四中各物质的配比后，将制备出来的CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极制备成染料敏化太阳能电池，并对染料敏化太阳能电池进行检测，可知太阳能电池光电转换效率可达6.06％～8.33％。
实例3：一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：先将氢氧化钠溶液和表面活性剂溶液混合，再向其中依次加入溶液A和钨酸盐溶液，并搅拌均匀；所述溶液A为硝酸铒溶液和硝酸钙溶液按体积比1：40组合的混合溶液；氢氧化钠溶液的浓度为7.5mol/L；
硝酸铒溶液中的硝酸铒和硝酸钙溶液中的硝酸钙的摩尔比为1:50；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与表面活性剂溶液的体积比为1:20；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与钨酸盐溶液的体积比为1:20；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与氢氧化钠溶液的体积比为1:3；
步骤二：将步骤一获得的搅拌均匀后的混合溶液进行热处理2h～48h，热处理的温度范围为110℃～220℃，获得含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤三：用无水乙醇对含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶洗涤2～3次，对洗涤后的CaWO4:Er3+纳米晶置于60～80℃的条件下干燥2h～48h，从而获得干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤四：按质量比1：800将干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶与TiO2(P25)进行混合，混合均匀后获得混合溶胶；
步骤五：用刮涂法将混合溶胶均匀涂抹在FTO玻璃表面后，在温度为60℃～80℃条件下的空气中干燥3h～5h，然后将涂抹混合溶胶的FTO玻璃加热至440℃～460℃后，焙烧25min～35min，完成CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极的制备。
本实例中，改变步骤一和步骤四中各物质的配比后，将制备出来的CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极制备成染料敏化太阳能电池，并对染料敏化太阳能电池进行检测，可知太阳能电池光电转换效率可达6.06％～8.19％。
实例4：一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：先将氢氧化钠溶液和表面活性剂溶液混合，再向其中依次加入溶液A和钨酸盐溶液，并搅拌均匀；所述溶液A为硝酸铒溶液和硝酸钙溶液按体积比1：1组合的混合溶液；氢氧化钠溶液的浓度为7.5mol/；
硝酸铒溶液中的硝酸铒和硝酸钙溶液中的硝酸钙的摩尔比为1:1；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与表面活性剂溶液的体积比为1:10；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与钨酸盐溶液的体积比为1:10；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与氢氧化钠溶液的体积比为1:1；
步骤二：将步骤一获得的搅拌均匀后的混合溶液进行热处理2h，热处理的温度为110℃，获得含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤三：用无水乙醇对含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶洗涤2～3次，对洗涤后的CaWO4:Er3+纳米晶置于60～80℃的条件下干燥2h～48h，从而获得干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤四：按质量比1：800将干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶与TiO2(P25)进行混合，混合均匀后获得混合溶胶；
步骤五：用刮涂法将混合溶胶均匀涂抹在FTO玻璃表面后，在温度为60℃～80℃条件下的空气中干燥3h～5h，然后将涂抹混合溶胶的FTO玻璃加热至440℃～460℃后，焙烧25min～35min，完成CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极的制备。
本实例中，改变步骤一、步骤二和步骤四中各物质的配比后，将制备出来的CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极制备成染料敏化太阳能电池，并对染料敏化太阳能电池进行检测，可知太阳能电池光电转换效率可达6.26％～8.12％。
实例5：一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：先将氢氧化钠溶液和表面活性剂溶液混合，再向其中依次加入溶液A和钨酸盐溶液，并搅拌均匀；所述溶液A为硝酸铒溶液和硝酸钙溶液按体积比1：1组合的混合溶液；氢氧化钠溶液的浓度为7.5mol/；
硝酸铒溶液中的硝酸铒和硝酸钙溶液中的硝酸钙的摩尔比为1:1；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与表面活性剂溶液的体积比为1:10；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与钨酸盐溶液的体积比为1:10；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与氢氧化钠溶液的体积比为1:1；
步骤二：将步骤一获得的搅拌均匀后的混合溶液进行热处理48h，热处理的温度为190℃，获得含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤三：用无水乙醇对含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶洗涤2～3次，对洗涤后的CaWO4:Er3+纳米晶置于60～80℃的条件下干燥2h～48h，从而获得干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤四：按质量比1：800将干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶与TiO2(P25)进行混合，混合均匀后获得混合溶胶；
步骤五：用刮涂法将混合溶胶均匀涂抹在FTO玻璃表面后，在温度为60℃～80℃条件下的空气中干燥3h～5h，然后将涂抹混合溶胶的FTO玻璃加热至440℃～460℃后，焙烧25min～35min，完成CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极的制备。
本实例中，改变步骤一和步骤二中各物质的配比后，将制备出来的CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极制备成染料敏化太阳能电池，并对染料敏化太阳能电池进行检测，可知太阳能电池光电转换效率可达6.06％～8.33％。
实例6：一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：先将氢氧化钠溶液和表面活性剂溶液混合，再向其中依次加入溶液A和钨酸盐溶液，并搅拌均匀；所述溶液A为硝酸铒溶液和硝酸钙溶液按体积比1：1组合的混合溶液；氢氧化钠溶液的浓度为7.5mol/；
硝酸铒溶液中的硝酸铒和硝酸钙溶液中的硝酸钙的摩尔比为1:1；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与表面活性剂溶液的体积比为1:10；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与钨酸盐溶液的体积比为1:10；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与氢氧化钠溶液的体积比为1:1；
步骤二：将步骤一获得的搅拌均匀后的混合溶液进行热处理20h，热处理的温度为180℃，获得含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤三：用无水乙醇对含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶洗涤2～3次，对洗涤后的CaWO4:Er3+纳米晶置于60～80℃的条件下干燥2h～48h，从而获得干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤四：按质量比1：800将干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶与TiO2(P25)进行混合，混合均匀后获得混合溶胶；
步骤五：用刮涂法将混合溶胶均匀涂抹在FTO玻璃表面后，在温度为60℃～80℃条件下的空气中干燥3h～5h，然后将涂抹混合溶胶的FTO玻璃加热至440℃～460℃后，焙烧25min～35min，完成CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极的制备。
本实例中，改变步骤一和步骤二中各物质的配比后，将制备出来的CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极制备成染料敏化太阳能电池，并对染料敏化太阳能电池进行检测，可知太阳能电池光电转换效率可达6.23％～8.33％。
实例7：一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：先将氢氧化钠溶液和表面活性剂溶液混合，再向其中依次加入溶液A和钨酸盐溶液，并搅拌均匀；所述溶液A为硝酸铒溶液和硝酸钙溶液按体积比1：1组合的混合溶液；氢氧化钠溶液的浓度为7.5mol/；
硝酸铒溶液中的硝酸铒和硝酸钙溶液中的硝酸钙的摩尔比为1:1；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与表面活性剂溶液的体积比为1:10；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与钨酸盐溶液的体积比为1:10；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与氢氧化钠溶液的体积比为1:1；
步骤二：将步骤一获得的搅拌均匀后的混合溶液进行热处理2h～48h，热处理的温度范围为110℃～220℃，获得含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤三：用无水乙醇对含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶洗涤2～3次，对洗涤后的CaWO4:Er3+纳米晶置于60℃的条件下干燥2h，从而获得干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤四：按质量比1：10将干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶与TiO2(P25)进行混合，混合均匀后获得混合溶胶；
步骤五：用刮涂法将混合溶胶均匀涂抹在FTO玻璃表面后，在温度为60℃～80℃条件下的空气中干燥3h～5h，然后将涂抹混合溶胶的FTO玻璃加热至440℃～460℃后，焙烧25min～35min，完成CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极的制备。
本实例中，改变步骤一、步骤三和步骤四中各物质的配比后，将制备出来的CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极制备成染料敏化太阳能电池，并对染料敏化太阳能电池进行检测，可知太阳能电池光电转换效率可达6.37％～8.33％。
实例8：一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：先将氢氧化钠溶液和表面活性剂溶液混合，再向其中依次加入溶液A和钨酸盐溶液，并搅拌均匀；所述溶液A为硝酸铒溶液和硝酸钙溶液按体积比1：1组合的混合溶液；氢氧化钠溶液的浓度为7.5mol/；
硝酸铒溶液中的硝酸铒和硝酸钙溶液中的硝酸钙的摩尔比为1:1；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与表面活性剂溶液的体积比为1:10；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与钨酸盐溶液的体积比为1:10；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与氢氧化钠溶液的体积比为1:1；
步骤二：将步骤一获得的搅拌均匀后的混合溶液进行热处理2h～48h，热处理的温度范围为110℃～220℃，获得含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤三：用无水乙醇对含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶洗涤2～3次，对洗涤后的CaWO4:Er3+纳米晶置于80℃的条件下干燥48h，从而获得干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤四：按质量比1：1000将干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶与TiO2(P25)进行混合，混合均匀后获得混合溶胶；
步骤五：用刮涂法将混合溶胶均匀涂抹在FTO玻璃表面后，在温度为60℃～80℃条件下的空气中干燥3h～5h，然后将涂抹混合溶胶的FTO玻璃加热至440℃～460℃后，焙烧25min～35min，完成CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极的制备。
本实例中，改变步骤一、步骤三和步骤四中各物质的配比后，将制备出来的CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极制备成染料敏化太阳能电池，并对染料敏化太阳能电池进行检测，可知太阳能电池光电转换效率可达6.23％～8.33％。
实例9：一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：先将氢氧化钠溶液和表面活性剂溶液混合，再向其中依次加入溶液A和钨酸盐溶液，并搅拌均匀；所述溶液A为硝酸铒溶液和硝酸钙溶液按体积比1：1组合的混合溶液；氢氧化钠溶液的浓度为7.5mol/；
硝酸铒溶液中的硝酸铒和硝酸钙溶液中的硝酸钙的摩尔比为1:1；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与表面活性剂溶液的体积比为1:10；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与钨酸盐溶液的体积比为1:10；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与氢氧化钠溶液的体积比为1:1；
步骤二：将步骤一获得的搅拌均匀后的混合溶液进行热处理2h～48h，热处理的温度范围为110℃～220℃，获得含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤三：用无水乙醇对含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶洗涤2～3次，对洗涤后的CaWO4:Er3+纳米晶置于70℃的条件下干燥20h，从而获得干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤四：按质量比1：500将干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶与TiO2(P25)进行混合，混合均匀后获得混合溶胶；
步骤五：用刮涂法将混合溶胶均匀涂抹在FTO玻璃表面后，在温度为60℃～80℃条件下的空气中干燥3h～5h，然后将涂抹混合溶胶的FTO玻璃加热至440℃～460℃后，焙烧25min～35min，完成CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极的制备。
本实例中，改变步骤一、步骤三和步骤四中各物质的配比后，将制备出来的CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极制备成染料敏化太阳能电池，并对染料敏化太阳能电池进行检测，可知太阳能电池光电转换效率可达6.23％～8.01％。
实例10：一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：先将氢氧化钠溶液和表面活性剂溶液混合，再向其中依次加入溶液A和钨酸盐溶液，并搅拌均匀；所述溶液A为硝酸铒溶液和硝酸钙溶液按体积比1：1组合的混合溶液；氢氧化钠溶液的浓度为7.5mol/；
硝酸铒溶液中的硝酸铒和硝酸钙溶液中的硝酸钙的摩尔比为1:1；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与表面活性剂溶液的体积比为1:10；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与钨酸盐溶液的体积比为1:10；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与氢氧化钠溶液的体积比为1:1；
步骤二：将步骤一获得的搅拌均匀后的混合溶液进行热处理2h～48h，热处理的温度范围为110℃～220℃，获得含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤三：用无水乙醇对热处理后的混合溶液洗涤2～3次，对洗涤后的溶液置于60～80℃的条件下干燥2h～48h，从而获得CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤四：按质量比1：(10～1000)将CaWO4:Er3+纳米晶与TiO2(P25)进行混合，混合均匀后获得混合溶胶；
步骤五：用刮涂法将混合溶胶均匀涂抹在FTO玻璃表面后，在温度为60℃条件下的空气中干燥3h，然后将涂抹混合溶胶的FTO玻璃加热至440℃后，焙烧25min，完成CaWO4:Er3 +/TiO2复合光阳极的制备。
本实例中，改变步骤一和步骤五中各物质的配比后，将制备出来的CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极制备成染料敏化太阳能电池，并对染料敏化太阳能电池进行检测，可知太阳能电池光电转换效率可达6.23％～8.11％。
实例11：一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：先将氢氧化钠溶液和表面活性剂溶液混合，再向其中依次加入溶液A和钨酸盐溶液，并搅拌均匀；所述溶液A为硝酸铒溶液和硝酸钙溶液按体积比1：1组合的混合溶液；氢氧化钠溶液的浓度为7.5mol/；
硝酸铒溶液中的硝酸铒和硝酸钙溶液中的硝酸钙的摩尔比为1:1；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与表面活性剂溶液的体积比为1:10；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与钨酸盐溶液的体积比为1:10；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与氢氧化钠溶液的体积比为1:1；
步骤二：将步骤一获得的搅拌均匀后的混合溶液进行热处理2h～48h，热处理的温度范围为110℃～220℃，获得含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤三：用无水乙醇对热处理后的混合溶液洗涤2～3次，对洗涤后的溶液置于60～80℃的条件下干燥2h～48h，从而获得CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤四：按质量比1：800将CaWO4:Er3+纳米晶与TiO2(P25)进行混合，混合均匀后获得混合溶胶；
步骤五：用刮涂法将混合溶胶均匀涂抹在FTO玻璃表面后，在温度为80℃条件下的空气中干燥5h，然后将涂抹混合溶胶的FTO玻璃加热至460℃后，焙烧35min，完成CaWO4:Er3 +/TiO2复合光阳极的制备。
本实例中，改变步骤一、步骤四和步骤五中各物质的配比后，将制备出来的CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极制备成染料敏化太阳能电池，并对染料敏化太阳能电池进行检测，可知太阳能电池光电转换效率可达6.22％～8.27％。
实例12：一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：先将氢氧化钠溶液和表面活性剂溶液混合，再向其中依次加入溶液A和钨酸盐溶液，并搅拌均匀；所述溶液A为硝酸铒溶液和硝酸钙溶液按体积比1：1组合的混合溶液；氢氧化钠溶液的浓度为7.5mol/；
硝酸铒溶液中的硝酸铒和硝酸钙溶液中的硝酸钙的摩尔比为1:1；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与表面活性剂溶液的体积比为1:10；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与钨酸盐溶液的体积比为1:10；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与氢氧化钠溶液的体积比为1:1；
步骤二：将步骤一获得的搅拌均匀后的混合溶液进行热处理2h～48h，热处理的温度范围为110℃～220℃，获得含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤三：用无水乙醇对热处理后的混合溶液洗涤2～3次，对洗涤后的溶液置于60～80℃的条件下干燥2h～48h，从而获得CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤四：按质量比1：800将CaWO4:Er3+纳米晶与TiO2(P25)进行混合，混合均匀后获得混合溶胶；
步骤五：用刮涂法将混合溶胶均匀涂抹在FTO玻璃表面后，在温度为70℃条件下的空气中干燥3h，然后将涂抹混合溶胶的FTO玻璃加热至450℃后，焙烧30min，完成CaWO4:Er3 +/TiO2复合光阳极的制备。
本实例中，改变步骤一、步骤四和步骤五中各物质的配比后，将制备出来的CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极制备成染料敏化太阳能电池，并对染料敏化太阳能电池进行检测，可知太阳能电池光电转换效率可达6.23％～8.33％。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其它的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例。

Claims (10)

1.一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一：先将氢氧化钠溶液和表面活性剂溶液混合，再向其中依次加入溶液A和钨酸盐溶液，并搅拌均匀；所述溶液A为硝酸铒溶液和硝酸钙溶液按体积比1：(1～50)组合的混合溶液；氢氧化钠溶液的浓度为7mol/L～8mol/L；
硝酸铒溶液中的硝酸铒和硝酸钙溶液中的硝酸钙的摩尔比为1:(1～100)；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与表面活性剂溶液的体积比为1:(10～30)；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与钨酸盐溶液的体积比为1:(10～30)；
硝酸铒溶液和硝酸钙溶液的混合溶液与氢氧化钠溶液的体积比为1:(1～5)；
步骤二：将步骤一获得的搅拌均匀后的混合溶液进行热处理2h～48h，热处理的温度范围为110℃～220℃，获得含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤三：用无水乙醇对含有杂质的CaWO4:Er3+纳米晶洗涤2～3次，对洗涤后的CaWO4:Er3 +纳米晶置于60～80℃的条件下干燥2h～48h，从而获得干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶；
步骤四：按质量比1：(10～1000)将干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶与TiO2(P25)进行混合，混合均匀后获得混合溶胶；
步骤五：用刮涂法将混合溶胶均匀涂抹在FTO玻璃表面后，在温度为60℃～80℃条件下的空气中干燥3h～5h，然后将涂抹混合溶胶的FTO玻璃加热至440℃～460℃后，焙烧25min～35min，完成CaWO4:Er3+/TiO2复合光阳极的制备。
2.根据权利要求1所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法，其特征在于，步骤五中，涂抹厚度为10um～12um。
3.根据权利要求1所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法，其特征在于，步骤五中，加热升温速度为1℃/min～20℃/min。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法，其特征在于，步骤一中，硝酸铒溶液的浓度为0.05mol/L～2mol/L，硝酸钙溶液的浓度为0.05mol/L～2mol/L，钨酸盐溶液的浓度为0.05mol/L～2mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法，其特征在于，步骤一中，硝酸铒溶液中溶质为硝酸铒，溶剂为水、无水乙醇、乙二醇中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法，其特征在于，步骤一中，表面活性剂溶液中的溶质为乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇单油酸酯、十六醇、油醇和油酸中的一种或几种，表面活性剂溶液中的溶剂为无水乙醇。
7.根据权利要求1所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法，其特征在于，步骤四中，干燥后的CaWO4:Er3+纳米晶与TiO2(P25)的质量比为1：(99～800)。
8.根据权利要求1所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法，其特征在于，步骤二中，热处理的温度为180℃～200℃。
9.根据权利要求1所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法，其特征在于，步骤二中，热处理的最佳时间为24h，热处理的最佳温度为180℃；
步骤三中，最佳干燥温度为80℃；
步骤五中，最佳干燥温度为80℃，最佳升温速度为2℃/min。
10.根据权利要求1所述的一种稀土离子掺杂钨酸钙/二氧化钛复合光阳极的制备方法，其特征在于，步骤一中，钨酸盐溶液为Na2WO4溶液。
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