CN114496573B - 一种钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料及其制备方法与应用 - Google Patents
一种钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114496573B CN114496573B CN202210160593.2A CN202210160593A CN114496573B CN 114496573 B CN114496573 B CN 114496573B CN 202210160593 A CN202210160593 A CN 202210160593A CN 114496573 B CN114496573 B CN 114496573B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tetrabutyl titanate
- coo
- solution
- film
- rutile type
- 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
Links
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 82
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000010405 anode material Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 claims abstract description 47
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 claims abstract description 30
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 22
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 20
- YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N butan-1-olate;titanium(4+) Chemical compound [Ti+4].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-] YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 12
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 67
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 37
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 21
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 claims description 20
- 239000011669 selenium Substances 0.000 claims description 19
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 15
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 14
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 9
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 8
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 4
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 4
- 229910052979 sodium sulfide Inorganic materials 0.000 claims 1
- GRVFOGOEDUUMBP-UHFFFAOYSA-N sodium sulfide (anhydrous) Chemical compound [Na+].[Na+].[S-2] GRVFOGOEDUUMBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 abstract 1
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 99
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 30
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 21
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 21
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 7
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 7
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 6
- 238000007790 scraping Methods 0.000 description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000365 copper sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate Chemical compound [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229920001021 polysulfide Polymers 0.000 description 2
- 239000005077 polysulfide Substances 0.000 description 2
- 150000008117 polysulfides Polymers 0.000 description 2
- AKHNMLFCWUSKQB-UHFFFAOYSA-L sodium thiosulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=S AKHNMLFCWUSKQB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 235000019345 sodium thiosulphate Nutrition 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- OHVLMTFVQDZYHP-UHFFFAOYSA-N 1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-2-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]ethanone Chemical compound N1N=NC=2CN(CCC=21)C(CN1CCN(CC1)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)=O OHVLMTFVQDZYHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003182 Surlyn® Polymers 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 238000000224 chemical solution deposition Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- VDQVEACBQKUUSU-UHFFFAOYSA-M disodium;sulfanide Chemical compound [Na+].[Na+].[SH-] VDQVEACBQKUUSU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
- H01G9/2031—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Abstract
本发明属于光阳极量子点敏化太阳能电池制备技术领域,本发明公开了一种钛酸四丁酯‑金红石型光阳极材料及其制备方法与应用。本发明将钛酸四丁酯与金红石粉末混合成浆料,旋涂在透明导电玻璃上,经过退火处理形成TiO2薄膜,后进行CdS/CdSe共敏化,得到了钛酸四丁酯‑金红石型光阳极材料。用于量子点敏化太阳能电池能够实现更好的量子点沉积,从而得到更高量子点敏化太阳能电池的转化效率。
Description
技术领域
本发明涉及光阳极量子点敏化太阳能电池制备技术领域,尤其涉及一种钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料及其制备方法与应用。
背景技术
量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)具有高摩尔消光系数、带隙可调节效应和多激子效应等特殊的光学和电子特性,是一种极具发展前景的新兴光伏器件。量子点敏化太阳能电池由染料敏化太阳能电池衍生而来,二者结构非常相似,均由光阳极、电解液和对电极三个部分共同组成,光阳极担负着电子的产生与传输的作用,光阳极性能的优化对于整个太阳能电池的性能改善起着至关重要的作用。
由于TiO2具有电子迁移率高、表面积大、制备简单、稳定性高、成本低等优点,是QDSSCs中应用最广泛的半导体光阳极材料。TiO2的几种晶体形式是自然产生的:锐钛矿、金红石和板钛矿。这三种晶相中,锐钛矿具有更大的带隙和更高的导带边缘,这一点使得在相同的导带电子浓度下,QDSSCs的费米能级水平和开路电压(Voc)较高。金红石相由于有利于光子的散射,能够起到增加电子被激发机率的作用。以锐钛矿相为主,混合适量的金红石相,能够提高电池的转化效率。
因此,如何提供一种钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料及其制备方法与应用,能够更好的实现量子点沉积,提高量子点敏化太阳能电池的转化效率是本领域亟待解决的难题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料及其制备方法与应用,得到更高量子点敏化太阳能电池的转化效率。
为了达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料的制备方法,包括以下步骤:
1)制备钛酸四丁酯-金红石粉末浆料
将钛酸四丁酯与金红石粉末按摩尔比74~99:1~26混合,得到浆料;
2)制备TiO2薄膜
将步骤1)制备的浆料旋涂在基底材料上,加热,得到TiO2薄膜;
3)光阳极量子点敏化
对TiO2薄膜进行CdS/CdSe共敏化处理,得到钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料。
优选的,所述步骤1)中钛酸四丁酯与金红石粉末的摩尔比为75~82:18~24。
优选的,所述步骤1)中钛酸四丁酯与金红石粉末混合过程中保持密封。
优选的,所述步骤2)中的基底材料为FTO导电玻璃。
优选的,所述步骤2)中的旋涂工艺如下:将浆料以800~1500rpm旋涂4~8s,然后以7000~10000rpm旋涂25~35s,烘干,完成旋涂工艺。
优选的,所述步骤2)中的加热温度为420~480℃,升温速率为4~8℃/min,到达预设温度后的加热时间为20~40min。
优选的,所述步骤3)中CdS/CdSe共敏化处理工艺如下:
a将Cd(CH3COO)2溶液与Na2S溶液混合,得到CdS量子点,采用连续离子层吸附与SILAR反应将CdS量子点沉积到TiO2薄膜上,其中Cd(CH3COO)2溶液中的Cd(CH3COO)2与Na2S溶液中的Na2S的摩尔比为0.8~1.2:0.8~1.2;
b将Na2SO3和硒粉溶于水中,加热,得到澄清的Se源溶液,其中,Na2SO3和硒粉的摩尔比为0.4~0.6:0.08,加热温度为100~130℃,加热时间为2~4h;
c将C6H6NNa3O6水溶液和Cd(CH3COO)2水溶液混合,加入到Se源溶液中,对沉积了CdS量子点的TiO2薄膜进行敏化处理;其中C6H6NNa3O6水溶液和Cd(CH3COO)2水溶液中的C6H6NNa3O6和Cd(CH3COO)2的摩尔比为2~4:2~3,Se粉与Cd(CH3COO)2水溶液中的Cd(CH3COO)2的摩尔比为0.08:0.002~0.003;
d将敏化处理后的TiO2薄膜先浸泡在Zn(CH3COO)2溶液中,取出后浸泡在Na2S溶液中,重复2~3次,完成CdS/CdSe共敏化处理。
优选的,所述步骤3)中TiO2薄膜的面积、步骤a中Cd(CH3COO)2溶液中的Cd(CH3COO)2和步骤b中硒粉的摩尔比依次为12~20m2:0.09~0.11mol:0.08mol。
本发明的另一目的是提供一种钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料的制备方法制备得到的钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料。
本发明的再一目的是提供一种钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料在光阳极量子点敏化太阳能电池领域中的应用。
经由上述的技术方案可知,与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
本发明制备的钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料在微观结构上实现了颗粒均匀致密的分布,颗粒体积小,能够实现更好的量子点沉积,从而得到更高量子点敏化太阳能电池的转化效率。尤其是在钛酸四丁酯与金红石粉末摩尔比为79:21时,量子点敏化太阳能电池的转化效率提升最为显著。
附图说明
图1为实施例1~6制备的TiO2薄膜微观形貌图。其中a对应实施例1,b对应实施例2,c对应实施例3,d对应实施例4,e对应实施例5,f对应实施例6。
具体实施方式
一种钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料的制备方法,包括以下步骤:
1)制备钛酸四丁酯-金红石粉末浆料
将钛酸四丁酯与金红石粉末按摩尔比74~99:1~26混合,得到浆料;
2)制备TiO2薄膜
将步骤1)制备的浆料旋涂在基底材料上,加热,得到TiO2薄膜;
3)光阳极量子点敏化
对TiO2薄膜进行CdS/CdSe共敏化处理,得到钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料。
在本发明中,所述步骤1)中钛酸四丁酯与金红石粉末的摩尔比为75~82:18~24,优选为78~80:20~22,进一步优选为79:21。
在本发明中,所述步骤1)中钛酸四丁酯与金红石粉末混合过程中保持密封,防浆料与空气中的水分发生反应,使浆料失效。
在本发明中,所述步骤2)中的基底材料为FTO导电玻璃;FTO导电玻璃优选为保存在无水乙醇中,使用时采用匀胶机以2800~3100rpm的转速甩干FTO表面残留乙醇,优选为3000rpm。
在本发明中,所述步骤2)中的旋涂工艺如下:将浆料以800~1500rpm旋涂4~8s,然后以7000~10000rpm旋涂25~35s,烘干,完成旋涂工艺;优选为先以900~1300rpm旋涂5~7s,然后以7500~9000rpm旋涂27~32s;进一步优选为先以1000rpm旋涂6s,然后以8000rpm旋涂30s;烘干温度优选为50~70℃,进一步优选为60℃;烘干时间优选为15~30min,进一步优选为20min。
在本发明中,所述步骤2)中的加热温度为420~480℃,优选为450℃;升温速率优选为4~8℃/min,进一步优选为5℃/min;加热时间为20~40min,优选为30min。
在本发明中,所述步骤3)中CdS/CdSe共敏化处理工艺如下:
a将Cd(CH3COO)2溶液与Na2S溶液混合,得到CdS量子点,采用连续离子层吸附与SILAR反应将CdS量子点沉积到TiO2薄膜上,其中Cd(CH3COO)2溶液中的Cd(CH3COO)2与Na2S溶液中的Na2S的摩尔比为0.8~1.2:0.8~1.2,优选为1:1;
b将Na2SO3和硒粉溶于水中,加热,得到澄清的Se源溶液,其中,Na2SO3和硒粉的摩尔比为0.4~0.6:0.08,优选为0.5:0.08;加热温度为100~130℃,优选为120℃;加热时间为2~4h,优选为3h;
c将C6H6NNa3O6水溶液和Cd(CH3COO)2水溶液混合,加入到Se源溶液中,对沉积了CdS量子点的TiO2薄膜进行敏化处理;其中C6H6NNa3O6水溶液和Cd(CH3COO)2水溶液中的C6H6NNa3O6和Cd(CH3COO)2的摩尔比为2~4:2~3,优选为0.003:0.0026;Se粉与Cd(CH3COO)2水溶液中的Cd(CH3COO)2的摩尔比为0.08:0.002~0.003,优选为0.08:0.0026;
d将敏化处理后的TiO2薄膜先浸泡在Zn(CH3COO)2溶液中,取出后浸泡在Na2S溶液中,重复2~3次,完成CdS/CdSe共敏化处理;重复次数优选为重复3次,每次浸泡时间优选为1min;Zn(CH3COO)2溶液优选为0.1mol/L的Zn(CH3COO)2甲醇溶液,Na2S溶液优选为0.1mol/L的Na2S甲醇去离子水(v/v,1:1)溶液。
在本发明中,所述步骤3)中TiO2薄膜的面积、步骤a中Cd(CH3COO)2溶液中的Cd(CH3COO)2和步骤b中硒粉的摩尔比依次为12~20m2:0.09~0.11mol:0.08mol,优选为16:0.1:0.08。
本发明还提供了一种钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料的制备方法制备得到的钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料。
本发明还提供了一种钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料在光阳极量子点敏化太阳能电池领域中的应用。
下面将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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
制备钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料
将摩尔比为99:1的钛酸四丁酯与金红石粉末在密闭条件下混合,将得到将浆料滴加在FTO导电玻璃上,采用1000rpm运行6秒和8000r/min运行30秒的步骤进行旋涂成膜,结束后在60℃的烘箱中保温20min,烘干。将烘干后的样品转移到马弗炉中,以5℃/min的升温速度升至450℃,保温3h,冷却取出后把二氧化钛薄膜刮成40mm×40mm的正方形备用。
将1LCd(CH3COO)2甲醇溶液(0.1mol/L)与1LNa2S甲醇/水混合溶液(0.1mol/L,甲醇与水的体积比为1:1)混合,得到CdS量子点,采用连续离子层吸附与SILAR反应将CdS量子点沉积到TiO2薄膜上;
将0.5molNa2SO3和0.08mol硒粉溶于去离子水中,100℃下加热3h,得到澄清的Se源溶液,将0.003molC6H6NNa3O6和0.0026molCd(CH3COO)2分别溶于25mL去离子水中,然后将两溶液混合,加入到Se源溶液中,对沉积了CdS量子点的TiO2薄膜进行敏化处理;将敏化处理后的TiO2薄膜先浸泡在0.1mol/L的Zn(CH3COO)2甲醇溶液中,取出后浸泡在0.1mol/L的Na2S甲醇去离子水(v/v,1:1)溶液中,重复2次,每次浸泡1min,得到钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料。
制备对电极
CuS对电极采用化学浴沉积的方法制得:含有1mol硫酸铜的硫酸铜水溶液和含有4mol硫代硫酸钠的硫代硫酸钠水溶液混合;用醋酸调节PH到2;洗净的FTO导电玻璃导电面向上,在70℃下浸泡3小时;用去离子水清洗,在空气中干燥;130℃空气中加热30分钟,取出,自然冷却至室温,保存备用。
配制电解液
使用的2mol/L的S/Na2S多硫化物电解液,称取2mol升华硫粉(S)和2mol硫化钠(Na2S)固体,加入甲醇和去离子水(v/v,7:3),超声搅拌直至充分溶解。
电池封装
电池封装前,光阳极上保留0.16cm2的有效面积,将其与对电极用面积7mm×7mm,厚度60μm的Surlyn热封膜分隔开封装成三明治结构的电池,注入制备的多硫化物电解液,至此电池组装完毕。本实施例电池转化效率为3.55%。
实施例2
制备钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料
将摩尔比为94:6的钛酸四丁酯与金红石粉末在密闭条件下混合,将得到将浆料滴加在FTO导电玻璃上,采用800rpm运行8秒和9000r/min运行28秒的步骤进行旋涂成膜,结束后在55℃的烘箱中保温30min,烘干。将烘干后的样品转移到马弗炉中,以4℃/min的升温速度升至420℃,保温4h,冷却取出后把二氧化钛薄膜刮成40mm×40mm的正方形备用。
将1LCd(CH3COO)2甲醇溶液(0.12mol/L)与1LNa2S甲醇/水混合溶液(0.1mol/L,甲醇与水的体积比为1:1)混合,得到CdS量子点,采用连续离子层吸附与SILAR反应将CdS量子点沉积到TiO2薄膜上;
将0.4molNa2SO3和0.08mol硒粉溶于去离子水中,120℃下加热4h,得到澄清的Se源溶液,将0.002molC6H6NNa3O6和0.002molCd(CH3COO)2分别溶于25mL去离子水中,然后将两溶液混合,加入到Se源溶液中,对沉积了CdS量子点的TiO2薄膜进行敏化处理;将敏化处理后的TiO2薄膜先浸泡在0.1mol/L的Zn(CH3COO)2甲醇溶液中,取出后浸泡在0.1mol/L的Na2S甲醇去离子水(v/v,1:1)溶液中,重复3次,每次浸泡1min,得到钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料。
其余步骤同实施例1,本实施例电池转化效率为3.55%。
实施例3
制备钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料
将摩尔比为89:11的钛酸四丁酯与金红石粉末在密闭条件下混合,将得到将浆料滴加在FTO导电玻璃上,采用1500rpm运行4秒和7000r/min运行35秒的步骤进行旋涂成膜,结束后在70℃的烘箱中保温15min,烘干。将烘干后的样品转移到马弗炉中,以6℃/min的升温速度升至450℃,保温3h,冷却取出后把二氧化钛薄膜刮成40mm×40mm的正方形备用。
将1LCd(CH3COO)2甲醇溶液(0.1mol/L)与1LNa2S甲醇/水混合溶液(0.1mol/L,甲醇与水的体积比为1:1)混合,得到CdS量子点,采用连续离子层吸附与SILAR反应将CdS量子点沉积到TiO2薄膜上;
将0.6molNa2SO3和0.08mol硒粉溶于去离子水中,130℃下加热2h,得到澄清的Se源溶液,将0.004molC6H6NNa3O6和0.003molCd(CH3COO)2分别溶于25mL去离子水中,然后将两溶液混合,加入到Se源溶液中,对沉积了CdS量子点的TiO2薄膜进行敏化处理;将敏化处理后的TiO2薄膜先浸泡在0.1mol/L的Zn(CH3COO)2甲醇溶液中,取出后浸泡在0.1mol/L的Na2S甲醇去离子水(v/v,1:1)溶液中,重复2次,每次浸泡1min,得到钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料。
其余步骤同实施例1,本实施例电池转化效率为3.57%。
实施例4
制备钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料
将摩尔比为84:16的钛酸四丁酯与金红石粉末在密闭条件下混合,将得到将浆料滴加在FTO导电玻璃上,采用800rpm运行8秒和10000r/min运行25秒的步骤进行旋涂成膜,结束后在50℃的烘箱中保温30min,烘干。将烘干后的样品转移到马弗炉中,以8℃/min的升温速度升至480℃,保温2h,冷却取出后把二氧化钛薄膜刮成40mm×40mm的正方形备用。
将1.2LCd(CH3COO)2甲醇溶液(0.1mol/L)与1LNa2S甲醇/水混合溶液(0.1mol/L,甲醇与水的体积比为1:1)混合,得到CdS量子点,采用连续离子层吸附与SILAR反应将CdS量子点沉积到TiO2薄膜上;
将0.5molNa2SO3和0.08mol硒粉溶于去离子水中,120℃下加热3h,得到澄清的Se源溶液,将0.003molC6H6NNa3O6和0.0026molCd(CH3COO)2分别溶于25mL去离子水中,然后将两溶液混合,加入到Se源溶液中,对沉积了CdS量子点的TiO2薄膜进行敏化处理;将敏化处理后的TiO2薄膜先浸泡在0.1mol/L的Zn(CH3COO)2甲醇溶液中,取出后浸泡在0.1mol/L的Na2S甲醇去离子水(v/v,1:1)溶液中,重复3次,每次浸泡1min,得到钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料。
其余步骤同实施例1,本实施例电池转化效率为3.64%。
实施例5
制备钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料
将摩尔比为79:21的钛酸四丁酯与金红石粉末在密闭条件下混合,将得到将浆料滴加在FTO导电玻璃上,采用1000rpm运行6秒和8000r/min运行30秒的步骤进行旋涂成膜,结束后在60℃的烘箱中保温20min,烘干。将烘干后的样品转移到马弗炉中,以5℃/min的升温速度升至450℃,保温3h,冷却取出后把二氧化钛薄膜刮成40mm×40mm的正方形备用。
将1LCd(CH3COO)2甲醇溶液(0.1mol/L)与1LNa2S甲醇/水混合溶液(0.1mol/L,甲醇与水的体积比为1:1)混合,得到CdS量子点,采用连续离子层吸附与SILAR反应将CdS量子点沉积到TiO2薄膜上;
将0.5molNa2SO3和0.08mol硒粉溶于去离子水中,120℃下加热3h,得到澄清的Se源溶液,将0.003molC6H6NNa3O6和0.0026molCd(CH3COO)2分别溶于25mL去离子水中,然后将两溶液混合,加入到Se源溶液中,对沉积了CdS量子点的TiO2薄膜进行敏化处理;将敏化处理后的TiO2薄膜先浸泡在0.1mol/L的Zn(CH3COO)2甲醇溶液中,取出后浸泡在0.1mol/L的Na2S甲醇去离子水(v/v,1:1)溶液中,重复2次,每次浸泡1min,得到钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料。
其余步骤同实施例1,本实施例电池转化效率为4.05%。
实施例6
制备钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料
将摩尔比为74:26的钛酸四丁酯与金红石粉末在密闭条件下混合,将得到将浆料滴加在FTO导电玻璃上,采用800rpm运行8秒和9000r/min运行28秒的步骤进行旋涂成膜,结束后在55℃的烘箱中保温30min,烘干。将烘干后的样品转移到马弗炉中,以4℃/min的升温速度升至420℃,保温4h,冷却取出后把二氧化钛薄膜刮成40mm×40mm的正方形备用。
将1LCd(CH3COO)2甲醇溶液(0.08mol/L)与1LNa2S甲醇/水混合溶液(0.12mol/L,甲醇与水的体积比为1:1)混合,得到CdS量子点,采用连续离子层吸附与SILAR反应将CdS量子点沉积到TiO2薄膜上;
将0.5molNa2SO3和0.08mol硒粉溶于去离子水中,120℃下加热3h,得到澄清的Se源溶液,将0.003molC6H6NNa3O6和0.0026molCd(CH3COO)2分别溶于25mL去离子水中,然后将两溶液混合,加入到Se源溶液中,对沉积了CdS量子点的TiO2薄膜进行敏化处理;将敏化处理后的TiO2薄膜先浸泡在0.1mol/L的Zn(CH3COO)2甲醇溶液中,取出后浸泡在0.1mol/L的Na2S甲醇去离子水(v/v,1:1)溶液中,重复3次,每次浸泡1min,得到钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料。
其余步骤同实施例1,本实施例电池转化效率为3.82%。
实施例1~6得到的TiO2薄膜微观形貌图如图1所示,显示实施例4制备的TiO2薄膜在微观结构上实现颗粒最均匀致密的分布,颗粒体积最小,这种结构能够实现更好的量子点沉积,从而得到更高量子点敏化太阳能电池的转化效率。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)制备钛酸四丁酯-金红石粉末浆料将钛酸四丁酯与金红石粉末按摩尔比74~99:1~26混合,得到浆料;
2)制备TiO2薄膜将步骤1)制备的浆料旋涂在基底材料上,加热,得到TiO2薄膜;
3)光阳极量子点敏化对TiO2薄膜进行CdS/CdSe共敏化处理,得到钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料;所述步骤3)中CdS/CdSe共敏化处理工艺如下:
a将Cd(CH3COO)2溶液与Na2S溶液混合,得到CdS量子点,采用连续离子层吸附与SILAR反应将CdS量子点沉积到TiO2薄膜上,其中Cd(CH3COO)2溶液中的Cd(CH3COO)2与Na2S溶液中的Na2S的摩尔比为0.8~1.2:0.8~1.2;
b将Na2SO3和硒粉溶于水中,加热,得到澄清的Se源溶液,其中,Na2SO3和硒粉的摩尔比为0.4~0.6:0.08,加热温度为100~130℃,加热时间为2~4h;
c将C6H6NNa3O6水溶液和Cd(CH3COO)2水溶液混合,加入到Se源溶液中,对沉积了CdS量子点的TiO2薄膜进行敏化处理;其中C6H6NNa3O6水溶液和Cd(CH3COO)2水溶液中的C6H6NNa3O6和Cd(CH3COO)2的摩尔比为2~4:2~3,Se粉与Cd(CH3COO)2水溶液中的Cd(CH3COO)2的摩尔比为0.08:0.10;
d将敏化处理后的TiO2薄膜先浸泡在Zn(CH3COO)2溶液中,取出后浸泡在Na2S溶液中,重复2~3次,完成CdS/CdSe共敏化处理。
2.根据权利要求1所述的一种钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料的制备方法,其特征在于,所述步骤1)中钛酸四丁酯与金红石粉末的摩尔比为75~82:18~24。
3.根据权利要求2所述的一种钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料的制备方法,其特征在于,所述步骤1)中钛酸四丁酯与金红石粉末混合过程中保持密封。
4.根据权利要求1~3任一项所述的一种钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料的制备方法,其特征在于,所述步骤2)中的基底材料为FTO导电玻璃。
5.根据权利要求4所述的一种钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料的制备方法,其特征在于,所述步骤2)中的旋涂工艺如下:将浆料以800~1500rpm旋涂4~8s,然后以7000~10000rpm旋涂25~35s,烘干,完成旋涂工艺。
6.根据权利要求5所述的一种钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料的制备方法,其特征在于,所述步骤2)中的加热温度为420~480℃,升温速率为4~8℃/min,到达预设温度后的加热时间为20~40min。
7.根据权利要求1所述的一种钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料的制备方法,其特征在于,所述步骤3)中TiO2薄膜的面积、步骤a中Cd(CH3COO)2溶液中的Cd(CH3COO)2和步骤b中硒粉的摩尔比依次为12~20m2:0.09~0.11mol:0.08mol。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210160593.2A CN114496573B (zh) | 2022-02-17 | 2022-02-17 | 一种钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210160593.2A CN114496573B (zh) | 2022-02-17 | 2022-02-17 | 一种钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料及其制备方法与应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114496573A CN114496573A (zh) | 2022-05-13 |
CN114496573B true CN114496573B (zh) | 2023-08-25 |
Family
ID=81483279
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210160593.2A Active CN114496573B (zh) | 2022-02-17 | 2022-02-17 | 一种钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114496573B (zh) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101304073A (zh) * | 2002-01-25 | 2008-11-12 | 科纳卡科技有限公司 | 光电纤维 |
CN106024397A (zh) * | 2016-07-22 | 2016-10-12 | 西安电子科技大学 | 量子点敏化太阳能电池TiO2光阳极缺陷的修复方法 |
CN106449124A (zh) * | 2016-12-20 | 2017-02-22 | 哈尔滨工业大学 | TiO2微球及其TiO2基光阳极染料敏化太阳能电池的制备方法 |
CN106423223A (zh) * | 2016-09-20 | 2017-02-22 | 中国计量大学 | 一种饼状多孔结构MoSe2@TiO2光催化剂及其制备方法 |
CN112863885A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-05-28 | 山东理工大学 | 一种利用表面等离子体共振效应提高量子点敏化太阳能电池效率的电池制备方法 |
CN113707461A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-11-26 | 山东大学 | 基于锌锡类水滑石的CdS/CdSe量子点敏化太阳能电池光阳极、电池及其制备方法 |
-
2022
- 2022-02-17 CN CN202210160593.2A patent/CN114496573B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101304073A (zh) * | 2002-01-25 | 2008-11-12 | 科纳卡科技有限公司 | 光电纤维 |
CN106024397A (zh) * | 2016-07-22 | 2016-10-12 | 西安电子科技大学 | 量子点敏化太阳能电池TiO2光阳极缺陷的修复方法 |
CN106423223A (zh) * | 2016-09-20 | 2017-02-22 | 中国计量大学 | 一种饼状多孔结构MoSe2@TiO2光催化剂及其制备方法 |
CN106449124A (zh) * | 2016-12-20 | 2017-02-22 | 哈尔滨工业大学 | TiO2微球及其TiO2基光阳极染料敏化太阳能电池的制备方法 |
CN112863885A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-05-28 | 山东理工大学 | 一种利用表面等离子体共振效应提高量子点敏化太阳能电池效率的电池制备方法 |
CN113707461A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-11-26 | 山东大学 | 基于锌锡类水滑石的CdS/CdSe量子点敏化太阳能电池光阳极、电池及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Rutile versus anatase for quantum dot sensitized solar cell;jianguang Jia;Electrochimica Acta;103-109 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114496573A (zh) | 2022-05-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Dokouzis et al. | Photoelectrochromic devices with cobalt redox electrolytes | |
Mane et al. | An effective use of nanocrystalline CdO thin films in dye-sensitized solar cells | |
CN110350089B (zh) | Bi2O2S修饰SnO2电子传输层的钙钛矿太阳能电池及制备方法 | |
Ding et al. | Surfactant enhanced surface coverage of CH3NH3PbI3− xClx perovskite for highly efficient mesoscopic solar cells | |
Jia et al. | Improved photovoltaic performance of perovskite solar cells by utilizing down-conversion NaYF 4: Eu 3+ nanophosphors | |
Zheng et al. | Solid-state nanocrystalline solar cells with an antimony sulfide absorber deposited by an in situ solid–gas reaction | |
CN105810442B (zh) | 一种g‑C3N4增强型太阳能电池的制造方法 | |
Xu et al. | Lattice-tailored low-temperature processed electron transporting materials boost the open-circuit voltage of planar CsPbBr 3 perovskite solar cells up to 1.654 V | |
CN110350090B (zh) | Bi2O2Se界面修饰的钙钛矿太阳能电池及制备方法 | |
CN104218109B (zh) | 一种高效率钙钛矿薄膜太阳电池及其制备方法 | |
Xie et al. | Alkali chloride doped SnO 2 electron-transporting layers for boosting charge transfer and passivating defects in all-inorganic CsPbBr 3 perovskite solar cells | |
Venkata-Haritha et al. | Influence of Mn+ 2 incorporation in CdSe quantum dots for high performance of CdS–CdSe quantum dot sensitized solar cells | |
Asemi et al. | The influence of magnesium oxide interfacial layer on photovoltaic properties of dye-sensitized solar cells | |
CN110534652B (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
JP4807020B2 (ja) | 半導体微粒子分散用バインダー組成物の製造方法 | |
CN113436890B (zh) | 一种环保型锌银铟硒量子点敏化的掺杂光阳极及其制备方法与光电化学电池 | |
JPH11219734A (ja) | 光電変換材料用半導体及びこの半導体を用いた積層体並びにこれらの製造方法及び光電池 | |
CN114496573B (zh) | 一种钛酸四丁酯-金红石型光阳极材料及其制备方法与应用 | |
Zhang et al. | Interfacial passivation of CdS layer to CdSe quantum dots-sensitized electrodeposited ZnO nanowire thin films | |
Lai et al. | All chemically deposited, annealing and mesoporous metal oxide free CdSe solar cells | |
EP2442326A2 (en) | Method for enhancing the conversion efficiency of CdSe-quantum dot sensitized solar cells | |
CN113593919B (zh) | 一种制备二氧化钛/钛酸铋复合光阳极的方法 | |
Shi et al. | Impact of concentration of DMF and H2O on photovoltaic properties of SnO2-based planar perovskite solar cells | |
CN112582552B (zh) | 二氧化锡/金属硫化物复合电子传输层的制备方法及其在钙钛矿太阳能电池中的应用 | |
JP2007188809A (ja) | ゲル電解質、光電変換素子及び太陽電池 |
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 | ||
CB03 | Change of inventor or designer information | ||
CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Li Xuesong Inventor after: Li Qi Inventor after: Hu Zhenyu Inventor before: Li Qi Inventor before: Hu Zhenyu Inventor before: Li Xuesong |
|
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |