染料的脱附：把吸附了的染料的薄膜电极在一定体积 （10 ml）的0.05 mol/L 的氢氧化钠水溶液中浸泡120 分钟，待染料完全脱附后，用紫外-可见分光光度计 （UV-120-02）室温下测定染料脱附液在520nm的吸光
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溶胶凝胶法制备二氧化钛胶体
溶胶凝胶制备得到的二氧化钛TEM图末配制法制备二氧化钛胶体
去离子水和P25粉末按质量比89:11混合。 混合物超声分散15 min，加入质量约为P25粉末9%的乙 酰丙酮以防止TiO2颗粒重新结块，并加入质量约为P25 粉末4.5%的表面活性剂Triton X-100。 加入质量约为P25粉末30%的聚乙二醇（PEG，分子量 为20，000），以增加TiO2膜的孔隙率。
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004《新能源材料》02染料敏化太阳能电池002
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溶胶凝胶法制备二氧化钛胶体
（1） 水解过程：
pH=2的300ml醋酸水溶液保持在温度为0℃左右的 冰浴中。在剧烈搅拌条件下，将36 mL异丙氧醇钛与36 mL异丙醇的混合溶液逐滴加入醋酸水溶液中，异丙氧
UV Visible Infrared
48%
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太阳光辐照强度
AM 1.5太阳光谱 氙灯光谱 DSSC中N3染料 的单色光响应谱
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IPCE--N719 dye to 16 + 4 µm TiO2 film
IPCE = 83% AM1.5 (1000 W/mcm2) current = 16.9 mA/cm2
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溶胶凝胶法制备二氧化钛胶体
（4）浓缩过程：
水热过程后得到的5％TiO2胶体溶液，在温度为120 ℃的沙浴中不断搅拌蒸发，得到最终固含量约为12-17 ％的TiO2胶体溶液。
在较低温度下搅拌蒸发使TiO2胶体溶液中的一部分 水和醋酸蒸发掉，以增加胶体的固含量，调节所涂膜的 厚度。固含量太低时，胶体的粘度小，涂膜时发生薄膜 收缩现象，严重影响薄膜的均匀性；固含量太高时，涂 膜时薄膜表面出现凹凸不平整现象，薄膜的均匀性也比 较差。
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二氧化钛电极制备
将基片清洗烘干，贴好真空胶带以 留出引线电极。
基片上滴加TiO2胶体，用刀片（玻 棒）展开成膜，胶带控制膜厚。
膜在红外灯下烘干，放入马弗炉中 450℃保持30 min。高温烧结除去有 机杂质，形成良好的电接触。
在导电玻璃基片上涂膜
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二氧化钛薄膜
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粉末配制法制备二氧化钛胶体
粉末配制法得到的二氧化钛TEM图谱
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粉末配制法制备二氧化钛胶体
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TiO2可分为锐钛型(Anatase)、金红石型(Rutile)和板钛 型(Brookite)三种。 金红石稳定而致密， 有较高的硬度、密度、介电常数及 折射率; 锐钛型为不稳定晶型，在可见光短波部分的反射 率比金红石型二氧化钛要高，带蓝色色调，并且对紫外 线的吸收能力比金红石型低。 相同膜厚条件下， 20×80 nm棒状金红石晶型构成的薄 膜电池的开路光电压没有变化，其短路光电流只有锐钛 矿晶型薄膜电池的30%，金红石晶型薄膜一方面是染料 吸附量低，另一方面电子传输速度慢，而且金红石晶型 对染料的降解作用比锐钛矿晶型大，会影响电池的长期 稳定性能，应避免金红石晶型出现。
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染料敏化的二氧化钛电极
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染料的吸附：将纳晶TiO2薄膜电极在100 ℃烘箱中加 热1小时后取出，随即浸入5×10-4 mol/L 4，4´-二羧
酸联吡啶钌染料（顺－二硫氰根-二（2，2´-联吡啶-4， 4´－二羧酸）合钌（Ⅱ））的无水乙醇溶液中，吸附 12小时。取出用无水乙醇冲洗后晾干。
COOH
HOOC
COOH
COOH
N
N SCN
Ru
NCS
N N
COOH
N3
HOOC
N
N
Ru
SCN
N
NCS NCS
COOH
Black dye
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3.2 染料
N3染料对红光及 近红外区的吸光能 力不足。
Black dye吸光能 力好,但稳定性差。
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太阳光谱图
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溶胶凝胶法制备二氧化钛胶体
（3） 水热过程：
淡蓝色透明溶液放置到内嵌Teflon杯的钛制高压釜 中，在温度为230 ℃的条件下水热12小时，可得到白色 的TiO2沉淀。待溶液冷却后超声分散30分钟。
在高温高压的水热条件下TiO2颗粒重新溶解后再结 晶并逐渐生长。水热过程的温度直接影响TiO2颗粒的粒 径分布及晶型，从而影响薄膜电极的性能。
醇钛水解得到澄清透明溶液。将上述溶液在室温下搅拌 过夜。
水解过程主要受酸度和温度的影响，不同的pH值和 温度将影响初始生成的TiO2颗粒的大小。
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溶胶凝胶法制备二氧化钛胶体
（2） 胶溶过程：
将搅拌过夜后的溶液放入沙浴中，在恒温80℃的条 件下剧烈搅拌使溶液中异丙醇挥发完全。此过程能够破 坏水解过程中产生的TiO2聚集体，使TiO2颗粒分散均匀， 形成淡蓝色透明溶液。
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二氧化钛电极制备
将导电基底裁成小片，采用乙醇/丙酮混合溶剂超声 15分钟以除去基片表面的灰尘及部分表面油脂，放入 加有洗涤剂的去离子水中再超声清洗15分钟，除去残 留的部分油脂和表面有机物。将实验片放入去离子水 中，再次超声清洗15分钟，洗去含污物的洗涤剂和一 些无机污染物。再用去离子水超声15分钟进行漂洗， 漂洗结束后，将基片置于洁净工作台内，待晾干后放 入异丙醇溶液中浸泡保存，需要时随时取用。
溶胶-凝胶法制备TiO2胶体，20nm 纳晶颗粒。浅蓝色透明。
Number
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
Diameter of particles, nm
TiO2互联形成三维多孔网络结构
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3.2 染料
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染料要求：吸收尽可能多的太阳光, 与纳晶能带匹配,激发态寿命长,紧密 吸附在纳晶表面（－COOH,-SO3H,－PO3H2）,长期稳定性