CN1317194C - 锐钛矿型纳米晶TiO2太阳能电池材料的制备方法 - Google Patents

锐钛矿型纳米晶TiO2太阳能电池材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1317194C
CN1317194C CNB2005101104460A CN200510110446A CN1317194C CN 1317194 C CN1317194 C CN 1317194C CN B2005101104460 A CNB2005101104460 A CN B2005101104460A CN 200510110446 A CN200510110446 A CN 200510110446A CN 1317194 C CN1317194 C CN 1317194C
Authority
CN
China
Prior art keywords
ammonium hydroxide
solar cell
anatase type
cell material
type nano
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2005101104460A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1792817A (zh
Inventor
周保学
熊必涛
蔡俊
葛伟杰
郑青
蔡伟民
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.)
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Shanghai Jiaotong 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 Shanghai Jiaotong University filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CNB2005101104460A priority Critical patent/CN1317194C/zh
Publication of CN1792817A publication Critical patent/CN1792817A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1317194C publication Critical patent/CN1317194C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

本发明涉及一种锐钛矿型纳米晶TiO2太阳能电池材料的制备方法，首先将钛酸酯水解得到沉淀物，然后将沉淀物洗净转入有机季铵碱水溶液中，加热回流进行溶胶，溶胶完成后，在190～230℃的聚四氟乙烯密封容器中保温，得到锐钛矿二氧化钛纳米晶电池材料。本发明方法制备的纳米晶TiO2，晶粒尺寸可控，不含金红石型TiO2，不仅可应用到染料敏化太阳能电池中，而且还可应用到有机物的光催化、光自清洁以及气体敏感材料等方面。

Description

锐钛矿型纳米晶TiO2太阳能电池材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米晶TiO2太阳能电池材料的制备方法，尤其涉及一种具有锐钛矿型纳米晶TiO2太阳能电池材料的制备方法。属于太阳能电池材料制备及应用领域。
背景技术
社会快速发展使得资源与能源危机日益突出，开发无污染、可再生的新能源成为科技研究的重要任务。太阳能作为一种新型的可再生能源，不像常规能源那样释放出大量二氧化碳气体引起“温室效应”，因而具有广阔的应用前景。目前，太阳能电池是开发利用太阳能最有效的途径之一。由于硅等无机太阳能电池的制备比较复杂，生产成本居高不下，限制了其广泛应用。1991年瑞士洛桑高等工业学院Michael Grtzel发现以过渡金属Ru配合物作染料的纳米晶膜TiO2染料敏化太阳能电池，其光电能量转换效率达7.1～7.9％(模拟太阳光)，1997年该电池的光电转换效率达到了10～11％，基于TiO2晶膜的染料敏化太阳能电池的研究引起了人们极大的关注。如今，染料敏化太阳能电池在世界范围内已经成为研究热点。
染料敏化太阳能电池的能量转换效率与TiO2晶膜的性质有关，它包括晶膜的比表面积、空隙率、光的散射性能以及构成纳米晶膜材料的TiO2晶型、粒径等。二氧化钛有三种常见的晶型，即锐钛矿，板钛矿和金红石，具有锐钛矿型的二氧化钛纳晶材料制备的电池薄膜具有较好的光电性能。N.G.Park等人在《J.Phys.Chem.》B，2000，104，8989的研究表明，金红石型二氧化钛电子传递较慢，它的存在会影响染料敏化太阳能电池的光电转化效率。
目前染料敏化太阳能电池纳米TiO2材料通常采用钛酸酯水解，在酸性条件下如硝酸溶液中溶胶凝胶和热压处理进行制备，这种制备方法得到的纳米TiO2往往不纯，含有一定量的金红石矿和板钛矿结构的TiO2，而金红石矿的存在会影响太阳能电池的光电性能。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种制备锐钛矿型纳米晶TiO2太阳能电池材料的方法，避免太阳能电池材料中金红石型纳米晶TiO2的产生，以提高太阳能电池的光电性能。
为实现这一目的，本发明首先将钛酸酯经水解得到沉淀物，然后将沉淀物洗净转入有机季铵碱水溶液中，加热回流进行溶胶，溶胶完成后，在190～230℃的聚四氟乙烯密封容器中保温，即可得到锐钛矿型二氧化钛纳米晶电池材料。之后还可进一步采用TiO2纳米晶的贵金属沉积或阴离子掺杂或阳离子掺杂技术进行改性处理，得到修饰过的锐钛矿二氧化钛纳米晶电池材料。
本发明制备锐钛矿型纳米晶TiO2太阳能电池材料的方法具体为：
首先将一定体积的钛酸酯在0～20℃范围内水解得到白色沉淀物，将沉淀物洗净，并转移到有机季铵碱水溶液中，其中有机季铵碱的浓度按钛酸酯与有机季铵碱的摩尔比15～750∶1控制，然后于100～120℃范围搅拌回流，进行溶胶，溶胶完成后，将溶胶转移到内衬聚四氟乙烯的高压罐，在190℃～230℃保温4～24小时，冷却后离心分离去碱，干燥后得到粒径在8～30nm之间的锐钛矿型纳米晶TiO2太阳能电池材料。
本发明所述的钛酸酯，为具有Ti(OR)4组成结构特征的化合物，如钛酸异丙酯、钛酸四丁酯等。
本发明所述的有机季铵碱，为具有四烷基氢氧化铵组成结构特征的化合物，如四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵等。
本发明所述的二氧化钛纳米晶粒径，可以通过调节钛酸酯和有机季铵碱的摩尔比来控制其粒径大小。
本发明所述的锐钛矿型纳米晶TiO2太阳能电池材料，也可以通过在上述制备锐钛矿型纳米晶TiO2过程中或制备完成后，经由现有公知纳米晶TiO2修饰技术对其进行改性得到，这些修饰技术可以是TiO2纳米晶的贵金属沉积或阴离子掺杂或阳离子掺杂技术等。
本发明方法制得的锐钛矿型纳米晶TiO2太阳能电池材料，在加热到650℃的情况下仍能保持纯锐钛矿晶型。
本发明提供的方法用于制备锐钛矿晶型纳米晶TiO2太阳能电池材料，且制备的纳米晶TiO2晶粒尺寸可控，不含金红石型TiO2，不仅可应用到染料敏化太阳能电池中，而且还可应用到有机物的光催化、光自清洁以及气体敏感材料等方面。
附图说明
图1是以本发明提供的制备方法所得到的二氧化钛纳米晶在烧结650℃后的X射线衍射图谱。
图2是以本发明提供的制备方法直接得到的二氧化钛纳米晶的X射线衍射图谱。
图3是与本发明制备方法对比的，在0.1M硝酸溶液中溶胶凝胶和热压处理得到的二氧化钛纳米晶X射线衍射图谱。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下实施例不构成对本发明的限定。
实施例1：
将异丙钛酸酯逐滴加入到经冰水冷却到0℃的去离子水中，得到白色沉淀。分离洗涤后将沉淀转移到氢氧化四甲基铵溶液中，其中氢氧化四甲基铵的浓度按异丙钛酸酯与氢氧化四甲基铵的摩尔比为62.5∶1控制，在搅拌下100℃回流以得到胶体溶液。将上述胶体转移到内衬聚四氟乙烯的高压罐，于210℃保温12小时，离心分离去碱，干燥后得到粒径为14nm锐钛矿型二氧化钛纳米晶。
实施例2：
将钛酸四丁酯逐滴加入到20℃的去离子水中，得到白色沉淀。分离洗涤后将沉淀转移到氢氧化四乙基铵的溶液中，其中氢氧化四乙基铵的浓度按钛酸四丁酯与氢氧化四甲基铵的摩尔比为62.5∶4控制，在搅拌下120℃回流以得到胶体溶液。将上述胶体转移到内衬聚四氟乙烯的高压罐，于230℃保温24小时，离心分离去碱，干燥后得到粒径为30nm锐钛矿二氧化钛纳米晶。
实施例3：
将异丙钛酸酯逐滴加入到15℃的去离子水中，得到白色沉淀。分离洗涤后将沉淀转移到氢氧化四甲基铵的溶液中，其中氢氧化四甲基铵的浓度按异丙钛酸酯与氢氧化四甲基铵的摩尔比为750∶1控制，在搅拌下100℃回流以得到胶体溶液。将上述胶体转移到内衬聚四氟乙烯的高压罐，于190℃保温4小时，离心分离去碱，干燥后得到粒径为8nm锐钛矿二氧化钛纳米晶。
实施例4：
将实施例1制得的粒径为14nm纯锐钛矿二氧化钛纳米晶，浸泡于含有0.1mol/L的Yb3+的水溶液1小时，取出晾干之后在450℃烧结30分钟，冷却即可得到经过阳离子掺杂的锐钛矿二氧化钛纳米晶。
图1是以本发明提供的制备方法所得到的二氧化钛纳米晶在烧结650℃后的X射线衍射图谱。图谱显示较高温度烧结得到的二氧化钛晶型仍为锐钛矿型。
图2是以本发明提供的制备方法直接得到的二氧化钛纳米晶的X射线衍射图谱。经和标准谱图比较，得到二氧化钛为锐钛矿晶型。
图3给出了与本发明制备方法对比的，在0.1M硝酸溶液中溶胶凝胶和热压处理得到的二氧化钛纳米晶X射线衍射图谱，图中在2θ＝25.7°和27.5°位置分别出现了板钛矿和金红石晶型的衍射峰出现，表明该制备方法制备的纳米二氧化钛既含有锐钛矿晶型也含有板钛矿和金红石晶型。

Claims (2)

1、一种锐钛矿型纳米晶TiO2太阳能电池材料的制备方法，其特征在于首先将钛酸酯在0～20℃范围水解，将得到的沉淀物洗净，并转移到有机季铵碱水溶液中，其中有机季铵碱的浓度按钛酸酯与有机季铵碱的摩尔比15～750∶1控制，然后于100～120℃范围搅拌回流，进行溶胶，再将溶胶转移到内衬聚四氟乙烯的高压罐，在190℃～230℃保温4～24小时，冷却后离心分离去碱，干燥后得到粒径在8～30nm之间的锐钛矿型纳米晶TiO2太阳能电池材料；其中，所述钛酸酯为钛酸异丙酯或钛酸四丁酯，所述有机季铵碱为四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵或四丁基氢氧化铵。
2、根据权利要求1的锐钛矿型纳米晶TiO2太阳能电池材料的制备方法，其特征在于制备完成后的材料再经TiO2纳米晶的贵金属沉积或阴离子掺杂或阳离子掺杂技术对TiO2进行改性，得到修饰过的锐钛矿型纳米晶TiO2太阳能电池材料。
CNB2005101104460A 2005-11-17 2005-11-17 锐钛矿型纳米晶TiO2太阳能电池材料的制备方法 Expired - Fee Related CN1317194C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005101104460A CN1317194C (zh) 2005-11-17 2005-11-17 锐钛矿型纳米晶TiO2太阳能电池材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005101104460A CN1317194C (zh) 2005-11-17 2005-11-17 锐钛矿型纳米晶TiO2太阳能电池材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1792817A CN1792817A (zh) 2006-06-28
CN1317194C true CN1317194C (zh) 2007-05-23

Family

ID=36804490

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005101104460A Expired - Fee Related CN1317194C (zh) 2005-11-17 2005-11-17 锐钛矿型纳米晶TiO2太阳能电池材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN1317194C (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101113018B (zh) * 2006-07-26 2011-03-30 黑龙江大学 高光催化活性二氧化钛的制备方法
CN100583463C (zh) * 2007-11-28 2010-01-20 中国科学院上海硅酸盐研究所 染料敏化太阳能电池中的氧化钛涂层材料制备方法
HUE032729T2 (hu) * 2008-11-12 2017-10-30 Nissan Chemical Ind Ltd Eljárás titándioxid szol elõállítására
CN101982417A (zh) * 2010-09-27 2011-03-02 彩虹集团公司 一种二氧化钛纳米晶溶胶的制备方法
CN102145920B (zh) * 2011-04-18 2012-11-07 东华大学 一种两步法制备油溶性锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒的方法
CN102250484B (zh) * 2011-05-20 2013-10-30 常州有则科技有限公司 用于染料敏化太阳能电池的咔唑基有机染料的制备方法
CN103771505B (zh) * 2012-10-24 2015-08-12 中国石油化工股份有限公司 一种二氧化钛自组装颗粒的合成方法
CN105170097B (zh) * 2015-09-29 2017-12-05 安徽工程大学 一种TiO2/ZIF‑8核壳结构纳米复合材料及其制备方法
CN107123693B (zh) * 2017-04-14 2020-05-22 华南理工大学 一种基于溶液法加工的具有高透明窗口层材料的高效CdTe纳米晶太阳电池及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5630995A (en) * 1995-01-20 1997-05-20 Tioxide Group Services Limited Preparation of anatase titanium dioxide
CN1459331A (zh) * 2002-05-21 2003-12-03 中国科学院化学研究所 具有可见光催化活性的二氧化钛催化剂的制备
CN1478725A (zh) * 2003-01-13 2004-03-03 复旦大学 晶相可控的二氧化钛纳米晶的制备方法
CN1524793A (zh) * 2003-09-17 2004-09-01 上海工程技术大学 一种纳米二氧化钛的制备方法
US20050233146A1 (en) * 2002-02-12 2005-10-20 Ralph Nonninger Nanoscale rutile or nanoscale oxide and method for producing the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5630995A (en) * 1995-01-20 1997-05-20 Tioxide Group Services Limited Preparation of anatase titanium dioxide
US20050233146A1 (en) * 2002-02-12 2005-10-20 Ralph Nonninger Nanoscale rutile or nanoscale oxide and method for producing the same
CN1459331A (zh) * 2002-05-21 2003-12-03 中国科学院化学研究所 具有可见光催化活性的二氧化钛催化剂的制备
CN1478725A (zh) * 2003-01-13 2004-03-03 复旦大学 晶相可控的二氧化钛纳米晶的制备方法
CN1524793A (zh) * 2003-09-17 2004-09-01 上海工程技术大学 一种纳米二氧化钛的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"锐钛型纳米二氧化钛的制备、表征及其机理的研究" 孙秀果，张建民，周炬，李更辰，人工晶体学报，第34卷第5期 2005 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN1792817A (zh) 2006-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1317194C (zh) 锐钛矿型纳米晶TiO2太阳能电池材料的制备方法
CN106000431B (zh) 片状CdS/BiOCl复合纳米材料及其制备方法
CN110354867A (zh) 一种Zn0.2Cd0.8S/rGO光催化材料的制备方法
CN101302036A (zh) 一种掺杂二氧化钛纳米管的制备方法
CN103318956B (zh) 一种制备二氧化钛纳米线的方法
CN101053839A (zh) 具有锐钛矿结构的硫掺杂二氧化钛光催化剂水热制备方法
CN105870336A (zh) 一种介孔型钙钛矿太阳能电池
CN104785280A (zh) 一种片状二氧化钛/溴氧化铋复合光催化剂及其制备方法
CN102592836A (zh) 一种铁掺杂二氧化钛粉体的制备工艺
CN112337457B (zh) 一种Mo掺杂HNb3O8纳米片的制备方法及应用
CN1810356A (zh) 一种高光催化活性纳米晶二氧化钛气凝胶的制备方法
CN105439198B (zh) 一种高乙醇/水分散性纳米二氧化钛粉体的制备方法
CN105618153A (zh) 一种基于层级组装的硅-二氧化钛-聚吡咯三维仿生复合材料及应用
CN108889289B (zh) 一种纳微米硅颗粒复合的二氧化钛光催化剂制备及其应用
CN104787800A (zh) 一种花球状二氧化钛及其制备方法
CN102347141A (zh) 一种染料敏化电池光阳极浆料的制备方法
Yeoh et al. Hydrothermal duration effect on the self-assembled TiO2 photo-anode for DSSC application
CN103771511A (zh) 一种锐钛矿二氧化钛纳米晶溶胶的制备方法
CN100453165C (zh) 纳米二氧化钛/二氧化硒复合物及其制备方法
CN101462042A (zh) 高效二氧化钛混晶光催化剂的可控一锅法制备
CN104971714B (zh) 一种可见光催化活性纳米WO3‑TiO2的制备方法
CN108993490B (zh) 一种纳米银/硅颗粒复合的二氧化钛光催化剂制备
CN1830809A (zh) 一种制备不开裂二氧化钛膜的方法
Lee et al. Nanocrystalline TiO 2 thin film electrodes for dye-sensitized solar cell applications
CN106882840B (zh) 一种有着可见光响应的TiO2分级结构及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20070523

Termination date: 20091217