叶片状二氧化钛纳米阵列薄膜电极制备及其在染料敏化太阳电池中的应用

摘要

本发明公开了叶片状二氧化钛纳米阵列薄膜电极制备及在染料敏化太阳电池中的应用。通过将金属钛箔片进行洗涤、抛光，定向刻蚀，结晶化处理，钝化处理，薄膜电极的染料敏化，最终可染料敏化的二氧化钛纳米阵列薄膜电极。本发明提供的叶片状二氧化钛纳米阵列薄膜电极是温和的条件下液相定向刻蚀获得，阵列形貌均匀、完整地覆盖着基底表面，电极表面粗糙度大、染料吸附量多。所制备的染料敏化太阳电池具有较高单色光光电转换效率、电子寿命长和电荷复合速率小等优越的器件性能。电极和电池的制备工艺简单、操作简便，易于制作大面积等特点，因而具有良好的工业化生产应用前景。

主权项

一种叶片状二氧化钛纳米阵列薄膜电极的制备方法，其特征在于如下所述：（1）洗涤、抛光：将厚度为0.05～1mm金属钛箔片依次用蒸馏水、无水乙醇超声清洗后，再用去离子水洗净；将清洗好的钛箔片放入重量百分比浓度为40%的氢氟酸酸、重量百分比浓度为65%的硝酸和去离子水按体积比为1.5:3:5.5比率混合获得的水溶液中，并且在55℃温度下反应15min进行化学抛光后，再用去离子水超声清洗；（2）定向刻蚀：步骤（1）中清洗干净的钛箔片放入重量百分比浓度是20~30% H₂O₂溶液中，并且在80℃温度下对金属钛箔片定向刻蚀氧化1至2天，定向刻蚀氧化后，取出钛箔片用蒸馏水或去离子水清洗，在空气中自然晾干；（3）结晶化处理：步骤（2）中经过定向刻蚀氧化的钛箔片再以2~10°C/min的速度加热至380~580℃，并且保温1h，自然冷却获得一维结构叶片状的锐钛矿型二氧化钛纳米阵列薄膜电极；（4）钝化处理：步骤（3）所获得的薄膜电极放入浓度为0.01~0.1moL/L四氯化钛溶液，并且在75℃条件下保温处理0.1~1h，用蒸馏水或去离子水清洗和无水乙醇依次清洗，干燥后，再加热至380~580℃,保温0.5~1h，自然冷却； （5）薄膜电极的染料敏化：将步骤（3）或（4）中的获得的二氧化钛纳米阵列薄膜电极，冷却至80～100℃时，浸入染料溶液中，在暗处室温浸泡15～24h后取出，用无水乙醇或乙腈清洗，吹干或晾干，即可获得所需要的染料敏化的二氧化钛纳米阵列薄膜电极。