[发明专利]掺杂非金属的染料敏化TiO2纳晶薄膜光电极的制备方法

摘要

本发明属于染料敏化太阳能电池的TiO₂纳晶薄膜光电极的制备领域，特别涉及由含有掺杂非金属的大颗粒TiO₂纳晶和掺杂非金属的TiO₂纳晶颗粒的胶体制备掺杂非金属的染料敏化TiO₂纳晶薄膜光电极的方法。本发明制备的光电极是由掺杂非金属的TiO₂溶胶和掺杂非金属的TiO₂粉体浆料依次旋涂在导电基底上，自然干燥后再进行热处理得到多孔结构纳晶薄膜光电极。掺杂非金属的TiO₂纳晶颗粒一方面改变了半导体的性能，作为施主提供更多的载流子进而提高导电率；另一方面可以改变TiO₂能带的位置进而提高光电压和光吸收效率。本发明制备方法简单，易于操作，适用于染料敏化TiO₂纳晶薄膜光电极的工业化生产制备，也适用于光催化电极、自洁净玻璃等领域。

主权项

1.一种掺杂非金属的染料敏化TiO2纳晶薄膜光电极的制备方法，其特征是，该方法包括以下步骤：(1)将钛盐于溶剂混合配置成钛盐溶液，将非金属掺杂剂和溶剂混合后配置成掺杂剂溶液；然后将钛盐溶液与非金属掺杂剂溶液混合，在溶液中进行水解反应，其中，混合液中Ti原子与掺杂非金属元素原子数目比为5∶1-1∶1；反应后的溶胶在常温下放置5小时-48小时；得到摩尔浓度为0.5M-2M透明稳定的非金属掺杂的TiO2溶胶；(2)将钛盐溶于溶剂中配置成0.05M-4M的钛盐溶液，取钛盐溶液于烧杯中，加入钛盐质量的1％的表面活性剂月桂醇聚氧乙烯(3)醚，以碱液进行滴定，达到滴定终点后陈化10小时-36小时；所述的碱液及滴定终点为下列所述四种中的一种：1M-5M的氨水，对应的滴定终点为pH＝5-10；0.1M-1M的氢氧化钠水溶液，对应的滴定终点为pH＝5-7；0.1M-1M的碳酸钠水溶液，对应的滴定终点为pH＝5-7；0.1M-2M的碳酸氢钠水溶液，对应的滴定终点为pH＝5-7；进行5-10次水洗，2-4次醇交换，干燥后得到TiO2粉体；取TiO2粉体加入到步骤(1)中配好的掺杂剂溶液中进行反应，其中，混合后Ti原子与掺杂非金属元素原子数目比为5∶1-1∶1；反应后的溶液在10℃-80℃下蒸发掉溶剂，得到干燥的粉体；然后在300℃-600℃下进行热处理30分钟-90分钟，降温至室温后得到非金属掺杂的TiO2纳晶颗粒；(3)将步骤(2)中得到的非金属掺杂的TiO2纳晶颗粒与步骤(1)中的非金属掺杂的TiO2溶胶按质量比1∶1-1∶5混合、充分研磨得到TiO2纳晶浆料；将步骤(1)得到的掺杂非金属TiO2溶胶均匀涂到清洗干净的导电基底上；然后再将得到的TiO2纳晶浆料均匀涂到已经涂有非金属掺杂TiO2溶胶的导电基底上，制得TiO2薄膜电极；(4)将步骤(3)制得的TiO2薄膜电极常温干燥后在温度为300℃-600℃下进行热处理30分钟-90分钟；降温至室温后得到非金属掺杂TiO2纳晶薄膜电极；(5)将2×10-4M-5×10-4M的染料敏化剂的醇溶液滴加到非金属掺杂TiO2纳晶薄膜电极上，均匀铺展覆盖薄膜电极表面，形成饱和化学吸附；自然干燥，而后在60℃-80℃下处理10分钟-30分钟；既可制得本发明的非金属掺杂染料敏化TiO2纳晶薄膜光电极。