金属丝上沉积复杂微/纳分级结构氧化物的方法和用途

摘要

本发明涉及金属丝上沉积复杂微/纳分级结构氧化物的方法，步骤如下：首先将制备的微/纳分级结构氧化物和碘加入丙酮中，微波超声，分散均匀；清洗金属丝，然后用电泳沉积法将微/纳分级结构氧化物沉积到处理过的金属丝上；取出金属丝，在红外线灯下烘干；其中，微/纳分级结构氧化物：碘的质量比为2:1~5:1，电泳沉积电压为5V~30V，电泳时间30秒~30分钟；金属丝为Ti丝或不锈钢丝。本发明该方法具有操作简单、成本低廉、重复性强等特点。为提高高曲率的柔性太阳能电池的光电转换效率提供了手段。

权利要求

1.金属丝上沉积复杂微/纳分级结构氧化物的方法，其特征是步骤如下：

首先将制备的微/纳分级结构氧化物和碘加入丙酮中，微波超声，分散均匀；清洗金属丝，在金属丝上形成保护膜；然后用电泳沉积法将微/纳分级结构氧化物沉积到处理过的金属丝上；取出金属丝，在红外线灯下烘干；

其中，微/纳分级结构氧化物：碘的质量比为2:1~5:1，电泳沉积电压为5V~30V， 电泳时间30秒~30分钟；

微/纳分级结构氧化物为TiO2微/纳分级结构材料，微/纳分级结构材料中的“微”是指微米尺寸的球形结构，“纳”是纳米尺寸的零维、一维、二维纳米结构；金属丝为Ti丝或不锈钢丝。

2.根据权利要求1所述的金属丝上沉积复杂微/纳分级结构氧化物的方法，其特征是在金属丝上沉积复杂微/纳分级结构氧化物的实施方案中：微/纳分级结构氧化物：碘的质量比为4:1，电泳沉积时电压为10±2V，电泳时间为1± 0.5分钟。

3.根据权利要求1所述的金属丝上沉积复杂微/纳分级结构氧化物的方法，其特征是保护膜的形成方法是，将用丙酮清洗的金属丝，沾取0.01 M异丙醇钛 / 0.02 M乙酰丙酮的乙醇溶液，红外线烘干，500°C下烧15分钟，重复三次。

4.根据权利要求1-3之一所述的金属丝上沉积复杂微/纳分级结构氧化物的方法制备产品在柔性太阳能电池制备中的应用。

说明书

金属丝上沉积复杂微/纳分级结构氧化物的方法和用途

技术领域

[0001] 本发明涉及新材料技术领域。尤其是在金属丝上沉积复杂微/纳分级结构氧化物的方法以及作为可编织柔性染料敏化电池(DSSCs)光电极的用途。

背景技术

[0002] 太阳能作为一种可再生能源，具有其它能源不可比拟的优点，取之不尽、用之不竭、安全、无污染、不受地理条件的限制等，使其成为新能源发展的主要方向之一。近年来，人们发展了一种新颖的太阳能电池——染料敏化太阳能电池(DSSCs)。它的制备工艺简单、原材料来源丰富、成本低廉，具有更高的市场前景及推广普及价值，被誉为第三代太阳能电池。因此，染料敏化太阳能电池也被认为是有可能成为未来太阳能电池的主导。

[0003] 但传统硬性平板式的光伏电池抗外力能力欠佳，受空间限制大，制约了产品多样性设计和大面积电池模块的运输、安装及使用等。尽管相对于传统电池，目前柔性光伏电池的单池效率仍然较低，但是应该看到由于柔性电池可以应用的场合更广泛、安装更方便，因此可以极大地丰富可利用的采光面积。特别是可以满足国防领域对于单兵、野外便携式可再生能源系统的迫切需求。因此，柔性结构的光伏电池成为了光伏领域的一个重要的发展方向。

[0004] 目前，在柔性DSSCs方面，具有高自由度的纤维状可编织形态光伏电池，取得了初步的结果。但对于传统电池，目前纤维状可编织柔性光伏电池的单池效率仍然较低。从DSSCs的工作原理和效率定义可知，光阳极是这类电池的关键组件之一，它直接影响着光的利用和电子的收集，进而影响短路电流，最终决定着电池的效率。因此，我们对纤维电池光阳极进行有目的的形貌调控可以进一步提高光电转换效率。

[0005] 微/纳分级结构能发挥其不同级别结构的功能，如纳米级别的粒子提供大比表面，微米级别的大粒子对光进行散射，这样就在保证薄膜电极具有较大的染料吸附量的前提下，提高薄膜的光散射性能，有效提高光的捕获利用率。但是，由于这种分级结构的颗粒体积较大，不易直接在高曲率的纤维状的柔性导电基底上致密的生长。所以，至今无相关文献报道。我们采用电泳的方法，使其致密的附着在纤维状的柔性导电基底上。这种方法解决了大颗粒无法直接生长在高曲率柔性导电基底上问题，为提高高曲率的柔性太阳能电池的光电转换效率提供了新的方法。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提出一种金属丝上沉积复杂微/纳分级结构氧化物的方法和用途，尤其是提供一种大颗粒附着在高曲率柔性导电基底上方法，为提高高曲率的柔性太阳能电池的光电转换效率提供了新的方法。

[0007] 本发明目的通过以下技术方案实现：金属丝上沉积复杂微/纳分级结构氧化物的方法，步骤如下：

[0008] 首先将制备的微/纳分级结构氧化物和碘加入丙酮中，微波超声，分散均匀；清洗金属丝，在金属丝上形成保护膜；然后用电泳沉积法将微/纳分级结构氧化物沉积到处理过的金属丝上；取出金属丝，在红外线灯下烘干。

[0009] 其中，微/纳分级结构氧化物：碘的质量比为2:1～5:1，电压为5V～30V，电泳时间30秒～30分钟。

[0010] 微/纳分级结构氧化物为TiO2。微/纳分级结构材料中的微是微米尺寸的球形结构，纳是纳米尺寸的零维、一维、二维纳米结构。

[0011] 金属丝为Ti丝或不锈钢丝等。

[0012] 作为优选方案，在金属丝上沉积复杂微/纳分级结构氧化物的实施方案：所述氧化物TiO2：碘的质量比为4:1，电泳沉积时所述电压为10±2V，反应时间为1±0.5分钟。

[0013] 金属丝上沉积复杂微/纳分级结构氧化物的方法制备产品在柔性太阳能电池制备中的应用。

[0014] 本发明具有的有益效果：(1)金属丝基底耐高温，适用温度更宽。有利于编织大模块柔性太阳能电池的电极，增强了光伏电池对运输环境、安装环境、工作环境的适应性。(2)解决了大颗粒阳极或阴极材料无法直接生长在高曲率柔性导电基底上问题，为提高高曲率的柔性太阳能电池的光电转换效率提供了新的方法。(3)该过程只涉及到溶解、搅拌等常规单元操作，一般实验室均可操作，也易于实现工业化生产。

附图说明

[0015] 图1是本发明所用的Ti丝扫描电镜图。

[0016] 图2是本发明所用的电泳装置示意图。

[0017] 图3是本发明实施例1的扫描电镜图，a、b、c图对应不同的尺寸。

[0018] 图4是本发明实施例2的扫描电镜图，a、b、c图对应不同的尺寸。

[0019] 图5是本发明对比例1的扫描电镜图，a、b图对应不同的尺寸。

[0020] 图6是本发明对比例2的扫描电镜图，a、b图对应不同的尺寸。

[0021] 图7是本发明对比例3的扫描电镜图，a、b图对应不同的尺寸。

[0022] 图8是本发明中对比例4的扫描电镜图，a、b图对应不同的尺寸。

[0023] 图9是(a)无保护层的微/纳分级结构TiO2；(b)有保护层的微/纳分级结构TiO2；(c)有保护层的微/纳分级结构TiO2与石墨烯混合物做为柔性DSSCs光电极时I-V关系曲线图。

具体实施方式

[0024] 下面结合实施例对本发明进一步说明。

[0025] 实施例1

[0026] (1)将制备的微/纳分级结构氧化物0.04克加入到0.01克碘的50毫升的丙酮溶液中，微波超声，分散均匀；

[0027] (2)将已清洗过的Ti丝(图1)，沾取异丙醇钛(0.01M)/乙酰丙酮(0.02M)的乙醇溶液，红外线烘干，500℃下烧15分钟，重复三次。

[0028] (3)用电泳沉积法(图2)将微/纳分级结构氧化物(TiO2)沉积到处理过的金属丝上；其中，电压为10V，电泳时间1分钟；重复三次。

[0029] (4)将Ti丝取出，用蒸馏水洗涤，然后用红外灯照射，以达到干燥的效果。

[0030] 采用扫描电子显微镜(SEM)对产品进行分析。

[0031] 图3是实施例1产品的SEM图，从图中可知：相比与图1，Ti或采用的不锈钢丝上附着了一层致密的微/纳分级结构氧化物。

[0032] 实施例2

[0033] 步骤与实例1基本相同，不同之处在于：电泳的氧化物为微/纳分级结构氧化物(TiO2)和石墨烯的混合物。

[0034] 图4是实施例2产品的SEM图，从图中可以看出，Ti丝上附着了一层致密的混合物氧化物。

[0035] 对比例1

[0036] 步骤与实例1基本相同，不同之处在于：电泳电压为5V。

[0037] 图5是实施对比例1的SEM图，从图中可以看出，Ti丝上几乎无微/纳分级结构氧化物附着。

[0038] 对比例2

[0039] 步骤与实例1基本相同，不同之处在于：电泳电压为30V。

[0040] 图6是实施对比例1的SEM图，从图中可以看出，Ti丝上附着的微/纳分级结构氧化物不致密。

[0041] 对比例3

[0042] 步骤与实例1基本相同，不同之处在于：电泳时间为30秒。

[0043] 图7是实施对比例1的SEM图，从图中可以看出，Ti丝上附着很薄的一层微/纳分级结构氧化物。

[0044] 对比例4

[0045] 步骤与实例1基本相同，不同之处在于：电泳时间为30分钟。

[0046] 图8是实施对比例1的SEM图，从图中可以看出，Ti丝上附着的微/纳分级结构氧化物过厚，脱落。

[0047] 应用例

[0048] 所述的金属丝上沉积复杂微/纳分级结构氧化物的方法制备产品在柔性太阳能电池制备中的应用。

[0049] 以实施例1和2制备的柔性DSSCs光电极，测其光电转化效率，具体为：将反应后的Ti丝浸入N719乙醇溶液。浸泡24小时后，进行测试。得到的I-V关系如图9所示。结果表明，电泳沉积方法可以把复杂的微/纳分级结构的氧化物和其混合物，在高曲率的Ti丝表面形成致密的膜，以此做为柔性DSSCs光电极，具有较高的光电转化效率。

[0050] 上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。