一種太陽能電池用染料敏化Zn2TiO4納米晶薄膜及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種太陽能電池用染料敏化Zn2TiO4納米晶薄膜，包括底層的亞氧化鈦層和Zn2TiO4納米晶薄膜，所述Zn2TiO4納米晶的粒徑為10?50nm。本發(fā)明成本低，制備簡單，電池性能好，具有優(yōu)異的經(jīng)濟效益。
【專利說明】
一種太陽能電池用染料敏化Zn2T i O4納米晶薄膜及其制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于太陽能電池技術領域領域，具體涉及一種太陽能電池用染料敏化Zn2Ti04納米晶薄膜及其制備方法。
【背景技術】
[0002]染料是染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized Solar Cell，DSSC)的核心部分之一，其作用是吸收太陽光，產(chǎn)生光電子，并將光電子傳輸?shù)窖趸锇雽w的導帶上。因此，染料敏化劑性能的優(yōu)劣對整個電池器件的光電轉化效率起著決定性作用。
[0003]亞氧化鈦是一種黑度非常好的活性電極材料。亞氧化鈦能夠保護電池的兩極，用作雙極性電池材料和LED黑色矩陣材料。亞氧化鈦顏料信息:顏料性質:黑色粉末，化學名稱:黑鈦、鈦黑、黑鈦粉、亞氧化鈦、Ti407，英文名稱:Ti1x black; Titanium black;Titanblack;Magneli phase。亞氧化鈦粉末材料是世界上第一個黑色鈦金屬氧化物，它展示了各種功能獨特的物理性質。通過二氧化鈦改性，使得亞氧化鈦具有更小的粒徑和更高的遮蓋力。
[0004]目前還未出現(xiàn)以亞氧化鈦為基底材料的Zn2T14納米晶薄膜制備的相關專利報道。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種太陽能電池用染料敏化Zn2T14納米晶薄膜，本發(fā)明成本低，制備簡單，電池性能好，具有優(yōu)異的經(jīng)濟效益。
[0006]一種太陽能電池用染料敏化Zn2T14納米晶薄膜，包括底層的亞氧化鈦層和Zn2Ti04納米晶薄膜，所述Ζη2Τ i04納米晶的粒徑為10_50nm。
[0007]一種太陽能電池用染料敏化Zn2T14納米晶薄膜的制備方法，其步驟如下:
步驟1，將鈦酸正丁酯、二乙醇胺、冰醋酸和無水乙醇進行攪拌配置，得到二氧化鈦溶膠液；
步驟2，將二氧化鈦溶膠液以浸漬提拉的方法在基材上鍍膜，燒結得到穩(wěn)定的二氧化鈦薄膜；
步驟3，將二氧化鈦薄膜放置在反應釜中，在氫氣條件下，以惰性氣體為保護氣，高溫高壓下還原反應得到致密的亞氧化鈦膜層；
步驟4，以樹脂為材料，以乙醇和異丙醇為溶劑配置粘結稀溶液；
步驟5，以噴涂的方式將粘結稀溶液噴灑在亞氧化鈦膜層表面，得到粘合亞氧化鈦膜；步驟6，以醋酸鋅為有機鋅，以聚乙二醇為溶劑，以聚乙烯吡咯烷酮為分散劑配置成有機鋅溶液，以旋涂成膜法在亞氧化鈦膜的粘合層表面進行均勻旋涂成膜；
步驟7，將步驟6的亞氧化膜放置的馬弗爐中進行階段升溫燒結，最后恒溫燒結，自然冷卻，即可得到Zn2T14納米晶薄膜；
步驟8，將月季葉子洗凈涼干，稱量后用研缽磨碎放到棕色試劑瓶中，加入無水乙醇，在黑暗處浸泡一周以上，將濾液濃縮，得到天然色素的乙醇溶液，即染料敏化液； 步驟9，將Zn2Ti04納米晶薄膜浸入到染料敏化液中，室溫浸泡36-48小時，取出后用無水乙醇清洗干凈，晾干，然后浸入到釕染料N719的溶液中12-24小時后取出晾干，即為染料敏化的Zn2Ti 04納米晶薄膜。
[0008]所述步驟I中的溶膠的配方是鈦酸正丁酯10-15份、二乙醇胺2-5份、冰醋酸8-16份和無水乙醇30-35份。
[0009]所述步驟I中的溶膠攪拌時滴加有2-3滴蒸餾水，所述溶膠攪拌速度為100-300r/min。
[00?0] 所述步驟2中的提拉速度為60mm/min，所述浸漬速度為30mm/min，停留時間為5-10s，所述燒結溫度為300-350 °C，燒結時間為2-8h。
[0011]所述步驟3中的高溫高壓的溫度為120-180°C，壓力為0.5-0.8MPa。
[0012]所述步驟4中的所述樹脂為環(huán)氧樹脂，乙醇和異丙醇的配比為1:1.3-1.6，所述樹脂的濃度為0.l-0.3mol/L。
[0013]所述步驟5中的噴涂速度為0.5-0.9mg/cm2。
[0014]所述步驟6中的配比為:醋酸鋅1-3份、聚乙二醇30-35份、聚乙烯吡咯烷酮2-4份，旋涂成膜法的旋轉速度為1000-2000r/min。
[0015]所述步驟7中的階段升溫燒結:200 0C持續(xù)2-4h，300 °C持續(xù)3_5h，450 °C持續(xù)2_4h，550 °C丨旦溫燒結6h。
[0016]所述步驟8中的無水乙醇的質量是月季葉子質量10-15倍。
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
1、本發(fā)明采用亞氧化鈦作為Zn2T14下端基層，表面設置有與Zn2T14連接的二氧化鈦，大大增加了其粒徑和遮蓋力，同時充分利用了亞氧化鈦的分散力和耐熱性優(yōu)良，耐酸性、耐堿性、耐溶劑性好等優(yōu)點。
[0018]2、本發(fā)明的制備方法成本低，制備簡單，電池性能好，具有優(yōu)異的經(jīng)濟效益。
[0019]3、本發(fā)明采用的Zn2T14納米晶薄膜結構致密，導電性強，顯著提高電子濃度，從而提高電池的轉化效率。
【具體實施方式】
[0020]下面結合實施例對本發(fā)明做進一步描述:
實施例1
一種太陽能電池用染料敏化Zn2T14納米晶薄膜，包括底層的亞氧化鈦層和Zn2T14納米晶薄膜，所述ZmT i 04納米晶的粒徑為I Onm。
[0021 ] 一種太陽能電池用染料敏化Zn2Ti04納米晶薄膜的制備方法，其步驟如下:
步驟1，將鈦酸正丁酯、二乙醇胺、冰醋酸和無水乙醇進行攪拌配置，得到二氧化鈦溶膠液；
步驟2，將二氧化鈦溶膠液以浸漬提拉的方法在基材上鍍膜，燒結得到穩(wěn)定的二氧化鈦薄膜；
步驟3，將二氧化鈦薄膜放置在反應釜中，在氫氣條件下，以惰性氣體為保護氣，高溫高壓下還原反應得到致密的亞氧化鈦膜層；
步驟4，以樹脂為材料，以乙醇和異丙醇為溶劑配置粘結稀溶液； 步驟5，以噴涂的方式將粘結稀溶液噴灑在亞氧化鈦膜層表面，得到粘合亞氧化鈦膜；步驟6，以醋酸鋅為有機鋅，以聚乙二醇為溶劑，以聚乙烯吡咯烷酮為分散劑配置成有機鋅溶液，以旋涂成膜法在亞氧化鈦膜的粘合層表面進行均勻旋涂成膜；
步驟7，將步驟6的亞氧化膜放置的馬弗爐中進行階段升溫燒結，最后恒溫燒結，自然冷卻，即可得到Zn2T14納米晶薄膜；
步驟8，將月季葉子洗凈涼干，稱量后用研缽磨碎放到棕色試劑瓶中，加入無水乙醇，在黑暗處浸泡一周以上，將濾液濃縮，得到天然色素的乙醇溶液，即染料敏化液；
步驟9，將Zn2T14納米晶薄膜浸入到染料敏化液中，室溫浸泡36小時，取出后用無水乙醇清洗干凈，晾干，然后浸入到釕染料N719的溶液中12小時后取出晾干，即為染料敏化的Zn2T14納米晶薄膜。
[0022]所述步驟I中的溶膠的配方是鈦酸正丁酯10-15份、二乙醇胺2-5份、冰醋酸8-16份和無水乙醇30-35份。
[0023]所述步驟I中的溶膠攪拌時滴加有2滴蒸餾水，所述溶膠攪拌速度為100r/min。
[0024]所述步驟2中的提拉速度為60mm/min，所述浸漬速度為30mm/min，停留時間為5s，所述燒結溫度為300 °C，燒結時間為2h。
[0025]所述步驟3中的高溫高壓的溫度為120°C，壓力為0.5MPa。
[0026]所述步驟4中的所述樹脂為環(huán)氧樹脂，乙醇和異丙醇的配比為1:1.3，所述樹脂的濃度為0.lmol/L。
[0027]所述步驟5中的噴涂速度為0.5mg/cm2。
[0028]所述步驟6中的配比為:醋酸鋅I份、聚乙二醇30份、聚乙烯吡咯烷酮2份，旋涂成膜法的旋轉速度為1000r/min。
[0029]所述步驟7中的階段升溫燒結:200 0C持續(xù)2h，300 °C持續(xù)3h，450 °C持續(xù)2h ,550 °C恒溫燒結6h。
[0030]所述步驟8中的無水乙醇的質量是月季葉子質量10倍。
[0031]實施例2
一種太陽能電池用染料敏化Zn2T14納米晶薄膜，包括底層的亞氧化鈦層和Zn2T14納米晶薄膜，所述Zn2Ti04納米晶的粒徑為50nm。
[0032]—種太陽能電池用染料敏化Zn2Ti04納米晶薄膜的制備方法，其步驟如下:
步驟1，將鈦酸正丁酯、二乙醇胺、冰醋酸和無水乙醇進行攪拌配置，得到二氧化鈦溶膠液；
步驟2，將二氧化鈦溶膠液以浸漬提拉的方法在基材上鍍膜，燒結得到穩(wěn)定的二氧化鈦薄膜；
步驟3，將二氧化鈦薄膜放置在反應釜中，在氫氣條件下，以惰性氣體為保護氣，高溫高壓下還原反應得到致密的亞氧化鈦膜層；
步驟4，以樹脂為材料，以乙醇和異丙醇為溶劑配置粘結稀溶液；
步驟5，以噴涂的方式將粘結稀溶液噴灑在亞氧化鈦膜層表面，得到粘合亞氧化鈦膜；步驟6，以醋酸鋅為有機鋅，以聚乙二醇為溶劑，以聚乙烯吡咯烷酮為分散劑配置成有機鋅溶液，以旋涂成膜法在亞氧化鈦膜的粘合層表面進行均勻旋涂成膜；
步驟7，將步驟6的亞氧化膜放置的馬弗爐中進行階段升溫燒結，最后恒溫燒結，自然冷卻，即可得到Zn2T14納米晶薄膜；
步驟8，將月季葉子洗凈涼干，稱量后用研缽磨碎放到棕色試劑瓶中，加入無水乙醇，在黑暗處浸泡一周以上，將濾液濃縮，得到天然色素的乙醇溶液，即染料敏化液；
步驟9，將Zn2T14納米晶薄膜浸入到染料敏化液中，室溫浸泡48小時，取出后用無水乙醇清洗干凈，晾干，然后浸入到釕染料N719的溶液中24小時后取出晾干，即為染料敏化的Zn2T14納米晶薄膜。
[0033]所述步驟I中的溶膠的配方是鈦酸正丁酯15份、二乙醇胺5份、冰醋酸16份和無水乙醇35份。
[0034]所述步驟I中的溶膠攪拌時滴加有2-3滴蒸餾水，所述溶膠攪拌速度為300r/min。
[0035]所述步驟2中的提拉速度為60mm/min，所述浸漬速度為30mm/min，停留時間為5-10s，所述燒結溫度為350 0C，燒結時間為8h。
[0036]所述步驟3中的高溫高壓的溫度為180°C，壓力為0.8MPa。
[0037]所述步驟4中的所述樹脂為環(huán)氧樹脂，乙醇和異丙醇的配比為1:1.6，所述樹脂的濃度為0.3mol/L。
[0038]所述步驟5中的噴涂速度為0.9mg/cm2。
[0039]所述步驟6中的配比為:醋酸鋅3份、聚乙二醇35份、聚乙烯吡咯烷酮4份，旋涂成膜法的旋轉速度為2000r/min。
[0040]所述步驟7中的階段升溫燒結:200 0C持續(xù)4h，300 °C持續(xù)5h，450 °C持續(xù)4h ,550 °C恒溫燒結6h。
[0041]所述步驟8中的無水乙醇的質量是月季葉子質量15倍。
[0042]實施例3
一種太陽能電池用染料敏化Zn2T14納米晶薄膜，包括底層的亞氧化鈦層和Zn2T14納米晶薄膜，所述Zn2Ti04納米晶的粒徑為30nm。
[0043]—種太陽能電池用染料敏化Zn2Ti04納米晶薄膜的制備方法，其步驟如下:
步驟1，將鈦酸正丁酯、二乙醇胺、冰醋酸和無水乙醇進行攪拌配置，得到二氧化鈦溶膠液；
步驟2，將二氧化鈦溶膠液以浸漬提拉的方法在基材上鍍膜，燒結得到穩(wěn)定的二氧化鈦薄膜；
步驟3，將二氧化鈦薄膜放置在反應釜中，在氫氣條件下，以惰性氣體為保護氣，高溫高壓下還原反應得到致密的亞氧化鈦膜層；
步驟4，以樹脂為材料，以乙醇和異丙醇為溶劑配置粘結稀溶液；
步驟5，以噴涂的方式將粘結稀溶液噴灑在亞氧化鈦膜層表面，得到粘合亞氧化鈦膜；步驟6，以醋酸鋅為有機鋅，以聚乙二醇為溶劑，以聚乙烯吡咯烷酮為分散劑配置成有機鋅溶液，以旋涂成膜法進行亞氧化鈦膜的粘合層表面涂均勻；
步驟7，將步驟6的亞氧化膜放置的馬弗爐中進行階段升溫燒結，最后恒溫燒結，自然冷卻，即可得到Zn2T14納米晶薄膜；
步驟8，將月季葉子洗凈涼干，稱量后用研缽磨碎放到棕色試劑瓶中，加入無水乙醇，在黑暗處浸泡一周以上，將濾液濃縮，得到天然色素的乙醇溶液，即染料敏化液。
[0044]步驟9，將Zn2Ti04納米晶薄膜浸入到染料敏化液中，室溫浸泡42小時，取出后用無水乙醇清洗干凈，晾干，然后浸入到釕染料N719的溶液中18小時后取出晾干，即為染料敏化的Zn2T14納米晶薄膜。
[0045]所述步驟I中的溶膠的配方是鈦酸正丁酯13份、二乙醇胺4份、冰醋酸12份和無水乙醇32份。
[0046]所述步驟I中的溶膠攪拌時滴加有3滴蒸餾水，所述溶膠攪拌速度為200r/min。
[0047]所述步驟2中的提拉速度為60mm/min，所述浸漬速度為30mm/min，停留時間為7s，所述燒結溫度為330 °C，燒結時間為5h。
[0048]所述步驟3中的高溫高壓的溫度為160°C，壓力為0.7MPa。
[0049]所述步驟4中的所述樹脂為環(huán)氧樹脂，乙醇和異丙醇的配比為1:1.5，所述樹脂的濃度為0.2mol/L。
[0050]所述步驟5中的噴涂速度為0.7mg/cm2。
[0051]所述步驟6中的配比為:醋酸鋅2份、聚乙二醇33份、聚乙烯吡咯烷酮3份，旋涂成膜法的旋轉速度為1500r/min。
[0052]所述步驟7中的階段升溫燒結:200 0C持續(xù)3h，300 °C持續(xù)4h，450 °C持續(xù)2h ,550 °C恒溫燒結6h。
[0053]所述步驟8中的無水乙醇的質量是月季葉子質量12倍。
[0054]以上所述僅為本發(fā)明的一實施例，并不限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本發(fā)明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種太陽能電池用染料敏化Zn2Ti04納米晶薄膜，其特征在于:包括底層的亞氧化鈦層和Zn2Ti04納米晶薄膜，所述Zn2Ti04納米晶的粒徑為10-50nm。2.—種太陽能電池用染料敏化Zn2Ti04納米晶薄膜的制備方法，其步驟如下: 步驟I，將鈦酸正丁酯、二乙醇胺、冰醋酸和無水乙醇進行攪拌配置，得到二氧化鈦溶膠液； 步驟2，將二氧化鈦溶膠液以浸漬提拉的方法在基材上鍍膜，燒結得到穩(wěn)定的二氧化鈦薄膜； 步驟3，將二氧化鈦薄膜放置在反應釜中，在氫氣條件下，以惰性氣體為保護氣，高溫高壓下還原反應得到致密的亞氧化鈦膜層； 步驟4，以樹脂為材料，以乙醇和異丙醇為溶劑配置粘結稀溶液； 步驟5，以噴涂的方式將粘結稀溶液噴灑在亞氧化鈦膜層表面，得到粘合亞氧化鈦膜； 步驟6，以醋酸鋅為有機鋅，以聚乙二醇為溶劑，以聚乙烯吡咯烷酮為分散劑配置成有機鋅溶液，以旋涂成膜法在亞氧化鈦膜的粘合層表面進行均勻旋涂成膜； 步驟7，將步驟6的亞氧化膜放置的馬弗爐中進行階段升溫燒結，最后恒溫燒結，自然冷卻，即可得到Zn2Ti04納米晶薄膜； 步驟8，將月季葉子洗凈涼干，稱量后用研缽磨碎放到棕色試劑瓶中，加入無水乙醇，在黑暗處浸泡一周以上，將濾液濃縮，得到天然色素的乙醇溶液，即染料敏化液； 步驟9，將Zn2Ti04納米晶薄膜浸入到染料敏化液中，室溫浸泡36-48小時，取出后用無水乙醇清洗干凈，晾干，然后浸入到釕染料N719的溶液中12-24小時后取出晾干，即為染料敏化的Zn2Ti04納米晶薄膜。3.根據(jù)權利要求書2所述的一種太陽能電池用染料敏化Zn2Ti04納米晶薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟I中的溶膠的配方是鈦酸正丁酯10-15份、二乙醇胺2-5份、冰醋酸8-16份和無水乙醇30-35份，所述步驟I中的溶膠攪拌時滴加有2-3滴蒸餾水，所述溶膠攪拌速度為 100-300r/min。4.根據(jù)權利要求書2所述的一種太陽能電池用染料敏化Zn2Ti04納米晶薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟2中的提拉速度為60mm/min，所述浸漬速度為30mm/min，停留時間為5-1 Os，所述燒結溫度為300-350 °C，燒結時間為2-8h。5.根據(jù)權利要求書2所述的一種太陽能電池用染料敏化Zn2Ti04納米晶薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟3中的高溫高壓的溫度為120-180 °C，壓力為0.5-0.8MPa。6.根據(jù)權利要求書2所述的一種太陽能電池用染料敏化Zn2Ti04納米晶薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟4中的所述樹脂為環(huán)氧樹脂，乙醇和異丙醇的配比為1:1.3-1.6，所述樹脂的濃度為0.1-0.3mol/L。7.根據(jù)權利要求書2所述的一種太陽能電池用染料敏化Zn2Ti04納米晶薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟5中的噴涂速度為0.5-0.9mg/cm2。8.根據(jù)權利要求書2所述的一種太陽能電池用染料敏化Zn2Ti04納米晶薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟6中的配比為:醋酸鋅1-3份、聚乙二醇30-35份、聚乙烯吡咯烷酮2-4份，旋涂成膜法的旋轉速度為1000-2000r/min。9.根據(jù)權利要求書2所述的一種太陽能電池用染料敏化Zn2Ti04納米晶薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟7中的階段升溫燒結:200 °C持續(xù)2-4h，300 V持續(xù)3_5h ,450 °C持續(xù)2-處，550°(:恒溫燒結611。10.根據(jù)權利要求書2所述的一種太陽能電池用染料敏化Zn2Ti04納米晶薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟8中的無水乙醇的質量是月季葉子質量10-15倍。
【文檔編號】H01G9/20GK106024398SQ201610625265
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月3日
【發(fā)明人】游黎微, 鄒立川
【申請人】浙江悅昇新能源科技有限公司