一种制备太阳能电池光阳极的方法

摘要

一种制备太阳能电池光阳极的方法，在TiO2纳米管阵列表面通过光沉积方法沉积一层银纳米粒子。本发明通过合理控制硝酸银电解液浓度，将TiO2纳米管阵列置于硝酸银电解液中，通过紫外光源照射TiO2纳米管阵列表面。光沉积的光源波峰为365nm，光强为800～1400mw·cm-2，沉积时间为2～10min，得到经过银修饰的TiO2纳米管阵列光阳极。本发明用银代替金，以光沉积代替电子束光刻技术制备金属修饰光阳极，制备的银纳米粒子-TiO2纳米管阵列光阳极的短路电流密度和开路电压均有较大提高。本发明降低了对高成本贵金属的过分依赖，降低了成本，缩短了制备周期，使太阳能更大程度地得到利用，最终达到缓解能源压力的目的。

主权项

一种制备太阳能电池光阳极的方法，其特征在于，具体过程如下：步骤1，处理钛箔基体：将钛箔切割成条，抛光，用丙酮、无水乙醇和去离子水依次各超声波清洗5min；超声波功率均为200瓦；步骤2，配制电解液：电解液为氟化铵电解液或氟化氢电解液、硝酸银电解液、饱和氯化钾电解液和硫酸钠电解液；其中：氟化铵电解液由0.25wt％的氟化氨、2.5vol％的去离子水和97.5vol％的乙二醇组成；将称量好的氟化氨置于烧杯中并加入去离子水，搅拌至氟化氨完全溶解；在溶解有氟化氨的水溶液中加入乙二醇，充分搅拌使氟化氨的水溶液与乙二醇混合均匀，得到氟化氨与乙二醇的混合溶液；用2.0mol·L‑1的硫酸溶液将氟化氨与乙二醇的混合溶液PH值调至6，得到氟化铵电解液；氟化氢电解液是由0.1mol·L‑1的氟化氢与2.0mol·L‑1的硫酸组成的混合溶液。将称量好的氟化氢置于烧杯中并加入去离子水，充分搅拌至氟化氢与去离子水完全混合均匀；在溶解有氟化氢的水溶液中加入硫酸，充分搅拌使氟化氢的水溶液与硫酸混合均匀，得到氟化氢电解液；硝酸银电解液是由0.02～0.5mol·L‑1的硝酸银、0.1mol·L‑1的硝酸钾和11.89g·L‑1的聚乙二醇组成的水溶液；在烧杯中加入去离子水，将称量好的聚乙二醇、硝酸银和硝酸钾依次加入去离子水中，搅拌至聚乙二醇、硝酸银和硝酸钾完全溶解，得到硝酸银电解液；饱和氯化钾电解液是在去离子水中加入氯化钾，并不断搅拌，直至氯化钾不再溶解且有氯化钾析出，得到饱和氯化钾电解液；硫酸钠电解液为0.01mol·L‑1的硫酸钠溶液；在烧杯中加入去离子水，将称量好的硫酸钠加入去离子水中，充分搅拌至硫酸钠完全溶解，得到硫酸钠电解液；步骤3，制备TiO2纳米管阵列：采用阳极氧化法在钛箔表面制备TiO2纳米管阵列；将直流电源的正极连接钛箔，负极连接铂网；将氟化铵电解液或氟化氢电解液导入烧杯中；将钛箔和铂网垂直地置于烧杯内，并使钛箔下端浸入氟化铵电解液或氟化氢电解液液面下1cm，使铂网完全浸入所述电解液中；钛箔和铂网之间相距2cm；将装有钛箔和铂网的烧杯放置在恒温磁力搅拌器上，得到制备TiO2纳米管阵列的阳极氧化装置，利用该装置对钛箔进行阳极氧化；氧化温度为17～30℃；使用氟化铵电解液在钛箔表面制备TiO2纳米管阵列时，氧化电压为30V，氧化时间为4h；使用氟化氢电解液在钛箔表面制备TiO2纳米管阵列时，氧化电压为20V，氧化时间为1h；氧化结束后，用去离子水清洗经过氧化的钛箔；将经过氧化的钛箔自然风干后放入电阻炉中煅烧；煅烧温度为500℃，煅烧1h，随炉冷却，得到TiO2纳米管阵列；步骤4，制备盐桥：把90g的硝酸钾溶解在100g去离子水中，通过水浴锅将溶液加热至60℃并保温，得到硝酸钾溶液；在硝酸钾溶液中加入质量为9.5g的琼脂，升温至90℃溶解所加入的琼脂；把溶液灌入U形玻璃管中，自然冷却到20℃，即形成装有硝酸钾和琼脂固体混合物的盐桥；步骤5，在TiO2纳米管阵列表面光沉积银：将硝酸银电解液导入烧杯内；将TiO2纳米管阵列置于烧杯中，并使TiO2纳米管阵列表面朝上浸入到硝酸银电解液中；通过紫外光源垂直照射TiO2纳米管阵列表面；光源波峰为365nm，光强为800～1400mw·cm‑2，沉积时间为2～10min，得到经过银修饰的TiO2纳米管阵列光阳极。