CN101427331B - 用于光敏器件的半导体材料的导带和价带的能带边缘位置的优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有通式AxB1-xCy的半导体化合物、使用所述半导体化合物来优化半导体材料的导带和价带的位置的方法以及包含所述半导体化合物的光敏器件。
Description
本发明涉及具有通式AxB1-xCy的半导体化合物、使用所述半导体化合物来优化半导体材料的导带和价带的位置的方法以及包含所述半导体化合物的光敏器件(photoactive device)。
基于通过分子染料对纳米晶TiO2进行敏化的光电化学电池(所谓的染料敏化太阳能电池，DSSC(dye-sensitised solar cell))由B.O’Regan和M.Grtzel首先进行过报道(Nature353(1991)737；WO91/16719[1])，且在过去十年已经持续改善。工作中，光子的吸收导致激发电子，随后电子从染料分子被注入到TiO2的导带且被输送到前电极。通过电解质内的氧化还原对从铂对电极再生该染料分子。对于染料敏化太阳能电池的进一步成功，最重要的是提高其功率转换效率。这取决于短路电流密度JSC、填充系数FF和开路电压VOC。JSC尤其取决于所吸收的光子的数目以及将那些所吸收的光子转换成光电子的效率。FF主要取决于使用的材料的电导率。VOC取决于半导体材料的导带和氧化还原对的氧化还原电位之间的能量差以及电子从半导体到电解质的重组率(图1)。过去，已进行最大努力来通过不同染料分子和光管理而提高JSC。通过更小的分子与染料分子的共吸附来提高VOC，以抑制重组。通过改变半导体材料或氧化还原对进行改善还尚未报道过。TiO2粒子表面上的具有除了TiO2以外的氧化物材料的核壳(core-shell)结构部分地提高效率([2]Y.Diamant，S.Chappel，S.G.Chen，O.Melamed，A.Zaban，Coordination Chemistry Reviews248，1271(2004))，但是必须被视为另一种表面处理方法。
现有技术的DSSC的主要缺点为：与其它成熟的太阳能电池技术相比，功率转换效率低下。如上所述，有待改善的三个主要参数为短路电流密度JSC、填充系数FF和开路电压VOC。自从DSSC出现以来，有关后者参数的创新鲜见报道。对于纳米多孔半导体材料尤为如此，该纳米多孔半导体材料在几乎所有情况下为TiO2。ZnO已被用作替代物，主要是由于可能在低温生长ZnO，但是与TiO2相比，更低的VOC和较小的效率已被获得([3]K.Keis，E.Magnusson，H.Lindstr
m，S.-E.Lindquist，A.Hagfeldt，Sol.Energy Mat.Sol.Cells72，51(2002))。
关于TiO2电极已有多个报导，所述TiO2电极涂覆有薄层的各种宽带隙材料，以便形成核壳结构。如由Diamant等人(见上文)报道的这种核壳结构是通过在核心材料上电化学沉积壳材料或者将铁心电极(通常为TiO2电极)浸渍到包含相应壳材料的前驱体(precursor)的溶液中来制备的。在这种核壳结构中，壳材料仅在TiO2核心粒子上形成薄涂层[2](见上文)。这种核壳结构的思想是避免半导体内的光注入电子(photo-injected electron)与半导体表面的氧化还原介质或者被氧化的染料内的氧化离子之间的重组过程。在这种核壳结构中，通过在TiO2表面形成能量势垒可能可以减缓这些重组过程。然而，对整体DSSC特性(例如JSC、FF和VOC)的影响有限，且此外，这种核壳粒子遭受更快的降解。
此外，通过改变半导体材料的属性也可以改善JSC。作为实例，具有不同吸收光谱的染料在半导体材料的导带边缘降低时可被使用，上述染料在其他方面不可被用于DSSC，例如因为其LUMO(其中LUMO表示分子最低空轨道(lowest unoccupied molecular orbital))太低而无法将受激电子注入半导体材料的导带内。
因此，本发明的目的是提供一种能量效率与现有技术中所报道的染料敏化太阳能电池的能量效率至少可比的染料敏化太阳能电池。更具体而言，本发明的一个目的是改善染料敏化太阳能电池的开路电压VOC。
本发明的目的是通过以下方法来解决的：通过使用具有式AxB1-xCy的半导体化合物来优化光敏器件的半导体层内的半导体材料的导带和价带的位置和/或导带与价带之间的能量差的方法，该光敏器件优选为在所述半导体层内具有染料的染料敏化太阳能电池；和/或通过使用具有式AxB1-xCy的半导体化合物来优化所述器件、优选为所述染料敏化太阳能电池的开路电压的方法；其中A和B为金属或类金属，并且其中C为优选地选自包含C、N、O、P、S、Se、As、NO2、NO3、SO3、SO4、PO4、PO3、CO3的群组的非金属或者类金属，x在从0.001至0.999的范围中且y在从0.1到10的范围中。
在一个实施例中，所述半导体化合物具有价带的上边缘和导带的下边缘，其中所述价带的所述上边缘在第一半导体化合物ACv的价带的上边缘与第二半导体化合物BCz的价带的上边缘之间，且所述半导体化合物的所述导带的所述下边缘在所述第一半导体化合物ACv的导带的下边缘与所述第二半导体化合物BCz的导带的下边缘之间，其中A和B为金属或者类金属，且其中v和z在从0.1到10的范围内，以及其中具有式AxB1-xCy的所述半导体化合物中的y为y＝(1-x)*z+x*v。
优选地，A和B为选自包含Zr、Ti、Hf、V、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Sn、Nb、Zn、Ag、Pt、Ce、Ge、As、Ga、Si、Al、Cu、CuAl、CuNi、PbZr、SrTi、BaZr、SrCu2的群组的金属或者类金属。
在一个实施例中，C为O，所述半导体化合物因此为混合半导体氧化物。
在一个实施例中，所述半导体化合物是从优选为通式为Au(iPrO)w和Bs(iPrO)t的金属异丙醇盐的至少两种前驱体化合物开始而合成的，其中A和B为选自包含Zr、Ti、Hf、V、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Sn、Nb、Zn、Ag、Pt、Ce、Ge、As、Ga、Si、Al、Cu、CuAl、CuNi、PbZr、SrTi、BaZr、SrCu2的群组的金属或者类金属，且s、u、t和w在从1到10的范围内，以及(iPrO)为异丙醇基(isopropoxide-group)。
在一个实施例中，所述半导体化合物是从三种、四种或更多种不同前驱体化合物开始而合成的，优选地从如上文所限定的金属异丙醇盐开始而合成的。
在一个实施例中，ACv和BCz独立地选自包含TiO2、SnO2、ZnO、Nb2O5、ZrO2、CeO2、WO3、Cr2O3、CrO2、CrO3、SiO2、Fe2O3、CuO、Al2O3、CuAlO2、SrTiO3、SrCu2O2、ZrTiO4的群组。
应注意，除了由AxB1-xCy限定的化合物之外，根据本发明的半导体化合物也可以具有式Ax1Bx2Cx3...Xxn，其具有n种元素成分A、B、...X，其中n≥3，且x1至xn中的每一个是在从0.001至0.999的范围内。因此，在这些化合物中可存在不止三种元素成分，诸如4种、5种、6种或7种。在根据本实施例的化合物中，相应成分A、B、C、...X之间的比率被选择来根据前述要求调整和/或优化半导体化合物的能带边缘位置，且如下所述被优化。在根据本实施例的化合物中，A、B、C、...X为金属或类金属或者非金属，其中金属或类金属选自包含Zr、Ti、Hf、V、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Sn、Nb、Zn、Ag、Pt、Ce、Ge、As、Ga、Si、Al、Cu、CuAl、CuNi、PbZr、SrTi、BaZr、SrCu2的群组，且其中非金属选自包含C、N、O、P、Se、As、NO2、NO3、SO3、SO4、PO4、PO3、CO3的群组，附加条件为A、B、C、...X中的至少一种为如上所限定的金属或类金属，且A、B、C、...X中的至少一种为如上所限定的非金属。
在一个实施例中，成分A和B按照从1:1000到1000:1的比率存在于所述半导体化合物内。
在一个实施例中，所述半导体化合物是从氧化物AOm和硝酸盐B(NO3)q开始而合成的，A和B为选自包含Zr、Ti、Hf、V、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Sn、Nb、Zn、Ag、Pt、Ce、Ge、As、Ga、Si、Al、Cu、CuAl、CuNi、PbZr、SrTi、BaZr、SrCu2的群组的金属或者类金属，且m和q在从0.1到10的范围内，其中所述氧化物和所述硝酸盐优选地通过混合而一起作出反应，其中优选地在所述氧化物和所述硝酸盐一起作出反应之后，得到的产物优选地在T>300℃烧结。
在一个实施例中，所述半导体化合物是通过包含下述步骤的过程来合成：优选地按照期望金属在得到的化合物中存在的比率，混合至少两种前驱体分子和使至少两种前驱体分子作出反应，所述至少两种前驱体分子优选为通式为Au(iPrO)w和Bs(iPrO)t的金属异丙醇盐，其中A和B为选自包含Zr、Ti、Hf、V、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Sn、Nb、Zn、Ag、Pt、Ce、Ge、As、Ga、Si、Al、Cu、CuAl、CuNi、PbZr、SrTi、BaZr、SrCu2的群组的金属或者类金属，且s、u、t和w在从0.1到10的范围内，以及(iPrO)为异丙醇基；可选地在存在酸的条件下，在1小时到20小时之间的时间段将得到的混合物加热至50℃到300℃之间的温度；过滤产物，以获得作为残留物的所述半导体化合物，或者备选地，使氧化物AOm和硝酸盐B(NO3)q作出反应，A和B如前所限定，且m和q是在从0.1到10的范围内；在温度>300℃时烧结得到的产物10分钟至60分钟的时间段，优选地在温度>400℃时烧结得到的产物约30分钟。
在一个实施例中，所述半导体化合物被结合到所述器件的所述半导体层中，作为具有平均直径≤1μm、优选地≤500nm、更优选地≤100nm的半导体粒子，其中所述半导体粒子优选地具有由相同的和/或另外的半导体化合物、选地半导体氧化物制成的外壳。
在一个实施例中，所述半导体粒子具有选自包括杆、管、圆柱、立方体、平行六面体(paralleliped)、球(sphere)、球形体和椭圆体的群组的形状。
优选地，所述半导体粒子是平均直径或长度不同和/或组成不同的至少两种粒子的混合物。
在一个实施例中，所述半导体粒子是第一种粒子和第二种粒子的混合物，所述第一种粒子具有在从1nm到30nm的范围内的平均直径或长度，而所述第二种粒子具有在从50nm到500nm的范围内的平均直径和/或在从50nm到5μm的范围内的长度。
在一个实施例中，所述半导体粒子是第一种粒子和第二种粒子的混合物，所述第一种粒子是由如上所限定的第一半导体化合物AxB1-xCy制成，其中C为O，而所述第二种粒子或者是由如上所限定的第二半导体化合物AxB1-xCy制成，其中C为O，或者所述第二种粒子是由如权利要求7关于ACv和/或BCz所限定的任意半导体氧化物制成，且其中所述第一半导体化合物和所述半导体化合物可以相同或不同。
优选地，所述半导体层具有直径在≤1μm的范围内、优选地在从1nm到500nm的范围内、更优选地在从10nm到50nm的范围内的孔。
在一个实施例中，在制造所述器件(优选地所述染料敏化太阳能电池(DSSC))期间，通过丝网印刷、刮片(doctor blading)、滴铸(drop casting)、旋涂、喷墨打印、静电逐层自组装、剥离工艺、矿化工艺或者阳极氧化来涂敷所述半导体粒子。
优选地，所述半导体材料被选择来以致所述半导体材料的导带的上边缘低于或等于所述染料的光激发态，以允许在光激发所述染料时从所述染料到所述导带内的电子注入，但所述上边缘在如权利要求2至11中的任意一项所限定的ACv和BCz的导带的上边缘之间。
优选地，所述优化是加宽或缩小所述半导体材料的所述导带与所述价带之间的所述能量差，或者是所述导带与所述价带之间的带隙的位置偏移。
在一个实施例中，所述优化是针对所述染料的光激发态，以便实现从所述光激发态到所述半导体材料的所述导带中的电子注入，且所述优化另外是针对存在于所述染料敏化太阳能电池(DSSC)内的氧化还原对的氧化还原电位。
本发明的目的还通过一种光敏器件来解决，该光敏器件不是无机太阳能电池，所述光敏器件包括具有如上所限定的半导体化合物、优选地如权利要求4所限定的混合半导体氧化物作为半导体材料的半导体层，其中所述光敏器件优选地通过根据本发明的方法来优化。
本发明的目的还通过一种光敏器件、优选地染料敏化太阳能电池(DSSC)来解决，其包括具有如上所限定的半导体化合物、优选地如权利要求4所限定的混合半导体氧化物作为半导体材料的半导体层，其中所述光敏器件优选地通过根据本发明的方法来优化。
在一个实施例中，所述光敏器件并不是无机太阳能电池。
优选地，根据本发明的光敏器件还包括所述半导体层内的染料，且另外其特征在于所述半导体材料的导带相对于所述染料的激发态被调整，以保证从所述染料的激发态到所述半导体材料的导带的有效电子注入，同时使得所述半导体材料的所述导带的上边缘尽可能靠近所述染料的所述激发态。
在一个实施例中，根据本发明的光敏器件是选自包括染料敏化太阳能电池、光敏催化剂(photoactive catalyst)、自清洗窗户和水净化系统的群组的器件。
本发明人发现，通过在有源层内使用所述新半导体材料，该有源层即太阳能电池内参与电子输送的新半导体层，可能优化染料敏化太阳能电池的开路电压。独自地与至少两种不同的半导体化合物ACv和BCz相比，新半导体材料AxB1-xCy具有不同的物理和化学特性，所述物理和化学特性诸如带隙、能带边缘位置、组成等。
在许多情形中，在本申请中提及“半导体材料的导带与价带之间的能量差”。在此所用的该术语等同于术语“带隙”。
有时，在本申请中还提及“导带边缘”，其是用于表示给定半导体材料的导带的最低能级。类似地，“价带边缘”是用于表示相应半导体材料的价带的最高能级。
有时，在本申请中提及“导带和价带的位置”，其是用于表示相应能带的相应边缘的位置。术语“半导体材料”是用于表示其中具有一种或若干种半导体化合物的任意材料。此处使用的术语“半导体化合物”是用于表示具有半导体品质的化学化合物。此处使用的术语“混合半导体氧化物”是用于表示根据本发明的式为AxB1-xCy的半导体氧化物，其中C为O(氧)。符号A、B和C是变量，针对这些变量可以用多种化学元素替代，如上文所进一步指定和限定的那样。符号O、S、As、Cr、Ti、Sn、Nb、Cn、Ce、W、Si、Al、Cu、Sr等为元素周期表中使用的化学元素符号并且指相应的化学元素。
应注意，除了由AxB1-xCy限定的化合物之外，根据本发明的半导体化合物也可以具有式Ax1Bx2Cx3...Xxn，其具有数目为n的元素成分A、B、...X，其中n≥3，且x1至xn中的每一个是在从0.001到0.999的范围内。在这种情况下，符号A、B、C、...X是变量，针对这些变量可以用多种化学元素来替代，如上文在有关Ax1、Bx2、Cx3、...Xxn的相应段落中所进一步指定和限定的那样。
此处使用的术语“类金属”是指属性介于金属和非金属之间的元素。更具体而言，“类金属”有时也被称为“半金属”，“类金属”具有金属的物理外观和属性但是化学行为像非金属。公知的类金属包括B、Se、Ge、Si、As、Sb、Te和Po。
此处使用的术语“染料敏化太阳能电池”(DSSC)是指一种太阳能电池，其中由于光敏层内存在染料而改善光吸收能力。根据本发明的“染料敏化太阳能电池”为所谓的“混合式器件”，因为其光敏层同时包含参与电荷产生和输送过程的无机和有机材料。根据本发明的太阳能电池不是无机太阳能电池。在此关于具有专门由无机材料组成的光敏层的太阳能电池使用术语“无机太阳能电池”。因此，根据本发明的“染料敏化太阳能电池”总是为“混合式太阳能电池”，而并不是如上所限定的无机太阳能电池。
应注意，本申请中所使用的术语“优化”可意味着加宽或缩小和/或偏移带隙的绝对位置。如果存在染料，“优化”可意味着针对所使用的实际染料来调整半导体材料的相应属性。以染料敏化太阳能电池为例，这种优化的参考点为可比的染料敏化太阳能电池，其中，在有源半导体层中，不存在根据本发明的半导体材料，而仅存在由比所述新半导体材料少的组成成分制成的半导体化合物。正是相对于这一种化合物，带隙被优化，即视情况而定，带隙被缩小或带隙被加宽或者绝对位置偏移。本发明人已经发现，特别是半导体氧化物对于形成根据本发明的这种新半导体(即完全不同的化合物)是尤为有用的。就此而言，应注意，更具体而言，此处使用的术语“混合氧化物”是指制作根据本发明的新半导体化合物AxB1-xCy的结果，其中C为氧。独自地与半导体氧化物ACv和BCz相比，这种混合氧化物具有不同的物理特性，所述物理特性诸如带隙和/或能带边缘位置。
在许多情形下，在本申请中提及平均直径或长度<1μm、优选地≤500nm、更优选地≤100nm的粒子。这些粒子在此有时也被称为“纳米粒子”。在优选实施例中，这样的“纳米粒子”的平均直径或长度≤300nm。在特别优选的实施例中，这些粒子具有在从10nm到50nm的范围内的平均直径或长度。
在本申请中，有时还提及平均直径在<1μm的范围内、优选地在从1nm到500nm的范围内、更优选地在从10nm到50nm的范围内的孔。<1μm的这种孔在此有时也被称为“纳米孔”。
在优选实施例中，该新半导体化合物是组合TiO2和ZrO2的前驱体的结果，且所使用的染料为red-dye-bis-TBA(顺-双(异硫氰酸)双(2，2′-二吡啶-4，4′-二甲酸)钌(II)双四丁基铵，cis-bis(isothiocyanato)bis(2，2′-bipyridyl-4，4′-dicarboxylato)-ruthenium(II)bis-tetrabutylammonium)。根据本发明的半导体化合物中的Ti:Zr的混合比率为1000:1至1:1000，优选地约200:1至10:1，更优选地约99:1。根据本发明的示例性化合物为Ti0.8Zr0.2O2、Ti0.9Zr0.1O2和Ti0.99Zr0.01O2。
如例如在权利要求19中所述的涂敷所述半导体粒子的各种涂敷技术对于本领域技术人员是公知的。剥离工艺例如描述于EP04009742.0和EP04009743.8中，这二者的申请日均为2004年4月23日，其全部内容通过引用结合于此。
为了朝向与传统太阳能电池技术相兼容的值提高DSSC的效率，不仅JSC和FF而且VOC也需要显著提高。为了通过改变半导体材料来提高开路电压，本发明人已经发现：由于VOC取决于半导体材料的导带边缘与电荷介质的氧化还原电位之间的差异(比较图1)，所以通过提升半导体材料的导带边缘可能提高VOC。然而，导带边缘的能级也确定从染料分子到导带的电子注入的效率。因此，与染料分子的激发态相比，导带边缘不应太高。结果，实际上无法期望发现导带边缘位置的完美拟合。为了调整和优化导带边缘的位置，本发明人因此利用进行带隙设计过的(band-gap engineered)半导体材料。在一个实施例中，使用进行带隙设计过的合成的混合氧化物。考虑到在一些给定界限内仔细调整能带边缘能量。例如，当二元化合物ACv中的一种成分A通过另一成分B部分地交换且两种二元成分ACv和BCz具有不同带隙时，三元成分AxB1-xCy的带隙将随着A和B在化合物内的量而在ACv和BCz的值之间变化。这示于图2。此外，对于更具体的应用，使用具有不同吸收光谱(例如更长波长的区域)且因此能量更低的LUMO(其中LUMO表示分子最低空轨道)的染料可能是有利的。为了优化这些电池的效率，具有减小的导带边缘的混合氧化物是优选的。
在下文中参考附图，其中：
图1示出DSSC在光照下的能级的示意图。VOC是由导带(CB)的能带边缘和作为电荷介质的氧化还原对(例如I-/I- 3)的氧化还原电位来确定的。VB表示半导体的价带。
图2示出价带边缘和导带边缘的能量位置与半导体材料的原子组成的相关性的示意性说明。
图3示出使用积分球来收集直接透射的和散射的光的多孔层的吸收测量结果。这些层由TiO2单独地(更小的带隙)组成或者由Ti0.8Zr0.2O2制成的混合半导体氧化物组成。
图4根据在用白光(100nmW/cm2)照射下测量的电池电压来示出电流密度。混合氧化物层(x＝0.99，Ti0.99Zr0.01O2)显示更高的开路电压和更高的短路电流密度。结果，功率转换效率高于“纯”氧化物(TiO2)。
图5根据Zr含量示出混合氧化物的晶格间距。
图6根据Zr含量示出DSSC的当前开路电压。
此外，参考下述实例，所述实例被给出来说明而非限制本发明。
实例
通过紫外可见光谱可以表明，与纯TiO2相比，在混合氧化物中使用Ti和Zr导致增大的带隙，因为ZrO2具有更大的带隙。在图3中与纯TiO2材料的吸收一起描绘了原子比率Zr:Ti＝1:4的混合氧化物的多孔膜的吸收。为了正确地解释直接透射的和散射的光，借助于积分球来进行测量。混合氧化物和纯TiO2之间的比较清楚地表明混合氧化物的吸收开始于更短的波长，从而表示混合氧化物的带隙更大。在图5，根据Zr含量示出了通过X射线衍射得到的晶格间距。连续增大证明了已经产生新的材料/化合物而非两种材料的混合物。在测量具有这种混合氧化物的电池的I-V特性时，表明VOC确实增加，如图6所示。可以看出，与纯TiO2相比，VOC随着Zr含量增加而增大。然而，对于电子到导带的有效注入，导带边缘可能太高，这取决于染料分子和能带边缘偏移。对于比率为1:4的Zr和Ti的本情形中使用的染料分子，实际情形就是如此。然而，减少的Zr含量导致VOC和ISC都增大，如图4所示。结果，整体功率转换效率从参考电池的η＝7.1％提高到基于Zr含量为1％的混合氧化物的电池的η＝8.0％(在100mW/cm2下测量，照射面积为0.25cm2)。
制备混合氧化物和太阳能电池的方案：
或者通过对预烧结的多孔TiO2层进行后处理，或者使用至少两种不同前驱体分子通过热水解来合成混合氧化物，制备混合氧化物。
混合氧化物的合成的一般合成路线可以被描述如下：x摩尔的异丙醇锆Zr(iPrO)4与(1-x)摩尔的异丙醇钛Ti(iPrO)4混合。混合物在连续搅拌下被灌入含有蒸馏水的烧杯内。得到的乳状混合氧化物悬浮液在存在HNO30.1M的情况下在80℃加热。最后，该混合物被灌入反应器内部的特氟隆入口并在240℃加热12小时。反应条件被调整以给出所要求的平均粒子大小以及化合物均匀分布于粒子内。
DSSC按下述方式组装：30nm厚的整体(bulk)TiO2阻挡层形成于FTO(在玻璃上约100nm)上。半导体粒子的10μm厚的多孔层被丝网印刷在该阻挡层上，并在450℃烧结半小时。如果混合氧化物是通过对第一材料进行后处理而形成，则可以是例如TiO2的多孔层被浸入例如ZrO(NO3)21小时。该层随后在450℃再次烧结30分钟。结果，Zr离子渗入TiO2材料并取代某些Ti离子，混合氧化物形成，该混合氧化物并非只是如Diamant等人所描述的核壳结构，而是其中Zr遍布半导体层取代Ti。作为第二种可行方案，由上述合成得到的混合氧化物可以直接用于制备多孔层。
Red-dye-bis-TBA分子通过从乙醇(0.3mM)内的溶液中自组装而被吸收到粒子，且多孔层填充有作为氧化还原对的包含I-/I- 3的电解质(15mM)。反射铂背电极(reflective platinum back electrode)以距多孔层6μm的距离被附着。
与仅基于TiO2的DSSC相比，混合氧化物DSSC的效率的改善为12.7％(8.0％对7.1％)。
在本说明书、权利要求书和/或在附图中披露的本发明的特征既可以分离地又可以按其任意组合地作为以各种形式实现本发明的素材。
Claims (35)
1.一种使用具有式AxB1-xCy的半导体化合物来优化光敏器件的半导体层内的半导体材料的导带和价带的位置和/或导带与价带之间的能量差的方法，其中A和B为金属或类金属，且其中C为选自包含碳、N、O、P、S、Se、As、NO 2、NO3、SO3、SO4、PO4、PO3、CO3的群组的非金属或者类金属，x在从0.001到0.999的范围内且y在从0.1到10的范围内，
其特征在于，
所述半导体化合物是从至少两种前驱体化合物开始而合成的，所述至少两种前驱体化合物是通式为Au(iPrO)w和Bs(iPrO)t的金属异丙醇盐，其中A和B为选自包含Zr、Ti、Hf、V、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Sn、Nb、Zn、Ag、Pt、Ce、Ge、As、Ga、Si、Al、Cu、CuAl、CuNi、PbZr、SrTi、BaZr、SrCu2的群组的金属或者类金属，且s、u、t和w在从1到10的范围内，以及(iPrO)为异丙醇基。
2.一种使用具有式AxB1-xCy的半导体化合物来优化光敏器件的半导体层内的半导体材料的导带和价带的位置和/或导带与价带之间的能量差的方法，其中A和B为金属或类金属，且其中C为选自包含碳、N、O、P、S、Se、As、NO2、NO3、SO3、SO4、PO4、PO3、CO3的群组的非金属或者类金属，x在从0.001到0.999的范围内且y在从0.1到10的范围内，
其特征在于，
所述半导体化合物是从氧化物AOm和硝酸盐B(NO3)q开始而合成的，A和B为选自包含Zr、Ti、Hf、V、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Sn、Nb、Zn、Ag、Pt、Ce、Ge、As、Ga、Si、Al、Cu、CuAl、CuNi、PbZr、SrTi、BaZr、SrCu2的群组的金属或者类金属，且m和q在从0.1到10的范围内，其中所述氧化物和所述硝酸盐一起作出反应。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氧化物和所述硝酸盐通过混合而一起作出反应。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述半导体化合物具有价带的上边缘和导带的下边缘，其中所述价带的所述上边缘在第一半导体化合物ACv的价带的上边缘与第二半导体化合物BCz的价带的上边缘之间，且所述半导体化合物的所述导带的所述下边缘在所述第一半导体化合物ACv的导带的下边缘与所述第二半导体化合物BCz的导带的下边缘之间，其中A和B为金属或者类金属，且其中v和z在从0.1和10的范围内，以及其中具有式AxB1-xCy的所述半导体化合物中的y为y＝(1-x)*z+x*v。
5.如权利要求1或2所述的方法，其中，C为O，所述半导体化合物因此为混合半导体氧化物。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半导体化合物是从三种、四种或更多种不同前驱体化合物开始而合成的。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述半导体化合物是从如权利要求1中所限定的金属异丙醇盐开始而合成的。
8.如权利要求4所述的方法，其中，ACv和BCz独立地选自包含TiO2、SnO2、ZnO、Nb2O5、ZrO2、CeO2、WO3、Cr2O3、CrO2、CrO3、SiO2、Fe2O3、CuO、Al2O3、CuAlO2、SrTiO3、SrCu2O2、ZrTiO4的群组。
9.如权利要求1或2所述的方法，其中，成分A和B按照从1∶1000到1000∶1的比率存在于所述半导体化合物内。
10.如权利要求2所述的方法，其中，在所述氧化物和所述硝酸盐一起作出反应之后，得到的产物烧结。
11.如权利要求10所述的方法，其中，得到的产物在T＞300℃烧结。
12.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述半导体化合物是通过包含下述步骤的过程来合成的：按照期望金属在得到的化合物中存在的比率，混合至少两种前驱体分子和使所述至少两种前驱体分子作出反应，所述至少两种前驱体分子是通式为Au(iPrO)w和Bs(iPrO)t的金属异丙醇盐，其中A和B为选自包含Zr、Ti、Hf、V、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Sn、Nb、Zn、Ag、Pt、Ce、Ge、As、Ga、Si、Al、Cu、CuAl、CuNi、PbZr、SrTi、BaZr、SrCu2的群组的金属或者类金属，且s、u、t和w在从0.1到10的范围内，以及(iPrO)为异丙醇基；在存在酸的条件下，在1小时到20小时之间的时间段将得到的混合物加热至50℃到300℃之间的温度；过滤产物以获得作为残留物的所述半导体化合物，或者使氧化物AOm和硝酸盐B(NO3)q作出反应，A和B如前所限定，且m和q是在从0.1到10的范围内；在温度＞300℃时烧结得到的产物10分钟至60分钟的时间段。
13.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述半导体化合物被结合到所述器件的所述半导体层内，作为具有平均直径≤1μm的半导体粒子。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述半导体化合物被结合到所述器件的所述半导体层内，作为具有平均直径≤500nm的半导体粒子。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述半导体化合物被结合到所述器件的所述半导体层内，作为具有平均直径≤100nm的半导体粒子。
16.如权利要求13所述的方法，其中，所述半导体粒子具有由相同的和/或另外的半导体化合物制成的外壳。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述半导体化合物是半导体氧化物。
18.如权利要求13所述的方法，其中，所述半导体粒子具有选自包括杆、管、圆柱、立方体、平行六面体、球、球形体和椭圆体的群组的形状。
19.如权利要求13所述的方法，其中，所述半导体粒子是平均直径或长度不同和/或组成不同的至少两种粒子的混合物。
20.如权利要求13所述的方法，其中，所述半导体粒子是第一种粒子和第二种粒子的混合物，所述第一种粒子具有在从1nm到30nm的范围内的平均直径或长度，以及所述第二种粒子具有在从50nm到500nm的范围内的平均直径和/或在从50nm到5μm的范围内的长度。
21.如权利要求13所述的方法，其中，所述半导体粒子是第一种粒子和第二种粒子的混合物，所述第一种粒子是由如权利要求1至12中的任意一项所限定的第一半导体化合物AxB1-xCy制成，其中C为O，且所述第二种粒子或者是由如权利要求1至12中的任意一项所限定的第二半导体化合物AxB1-xCy制成，其中C为O，或者所述第二种粒子是由如权利要求8中关于ACv和/或BCz所限定的任意半导体氧化物制成，且其中所述第一半导体化合物和所述第二半导体化合物相同或不同。
22.如权利要求13所述的方法，其中，所述半导体层具有直径在≤1μm的范围的孔。
23.如权利要求22所述的方法，其中，所述半导体层具有直径在从1nm到500nm的范围的孔。
24.如权利要求23所述的方法，其中，所述半导体层具有直径在从10nm到50nm的范围的孔。
25.如权利要求13所述的方法，其中，在制造所述器件期间，通过丝网印刷、刮片、滴铸、旋涂、喷墨打印、静电逐层自组装、剥离工艺、矿化工艺或者阳极氧化来涂敷所述半导体粒子。
26.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述半导体材料被选择来以致所述半导体材料的导带的上边缘低于或等于所述染料的光激发态，以允许在光激发所述染料时从所述染料到所述导带中的电子注入，但所述上边缘在如权利要求4至12中的任意一项所限定的ACv和BCz的导带的上边缘之间。
27.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述优化是加宽或缩小所述半导体材料的所述导带与所述价带之间的所述能量差，或者是所述导带与所述价带之间的带隙的位置偏移。
28.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述光敏器件是在所述半导体层内具有染料的染料敏化太阳能电池。
29.如权利要求28所述的方法，其中，所述优化是针对所述染料的光激发态，以便实现从所述光激发态到所述半导体材料的所述导带中的电子注入，且所述优化另外是针对存在于所述染料敏化太阳能电池内的氧化还原对的氧化还原电位。
30.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法被用来优化所述光敏器件的开路电压。
31.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述半导体化合物是通过包含下述步骤的过程来合成的：按照期望金属在得到的化合物中存在的比率，混合至少两种前驱体分子和使所述至少两种前驱体分子作出反应，所述至少两种前驱体分子是通式为Au(iPrO)w和Bs(iPrO)t的金属异丙醇盐，其中A和B为选自包含Zr、Ti、Hf、V、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Sn、Nb、Zn、Ag、Pt、Ce、Ge、As、Ga、Si、Al、Cu、CuAl、CuNi、PbZr、SrTi、BaZr、SrCu2的群组的金属或者类金属，且s、u、t和w在从0.1到10的范围内，以及(iP rO)为异丙醇基；在存在酸的条件下，在1小时到20小时之间的时间段将得到的混合物加热至50℃到300℃之间的温度；过滤产物以获得作为残留物的所述半导体化合物，或者使氧化物AOm和硝酸盐B(NO3)q作出反应，A和B如前所限定，且m和q是在从0.1到10的范围内；在温度＞400℃时烧结得到的产物30分钟。
32.一种光敏器件，其包括具有如通过如权利要求1至31中的任意一项所述的方法来优化的半导体化合物作为半导体材料的半导体层。
33.如权利要求32所述的光敏器件，其特征在于，所述光敏器件还包括所述半导体层内的染料，且另外其特征在于，所述半导体材料的导带相对于所述染料的激发态被调整，以保证从所述染料的激发态到所述半导体材料的导带的有效电子注入，同时使得所述半导体材料的所述导带的上边缘尽可能靠近所述染料的所述激发态。
34.如权利要求32至33中的任意一项所述的光敏器件，其特征在于，所述光敏器件是选自包括染料敏化太阳能电池、光敏催化剂、自清洗窗户和水净化系统的群组的器件。
35.如权利要求34所述的光敏器件，其特征在于，所述光敏器件是染料敏化太阳能电池，并且所述半导体化合物是如权利要求5所限定的混合半导体氧化物。
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Non-Patent Citations (2)
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| Athapol Kitiyanan等.The preparation and characterization of nanostructured TiO2-ZrO2 mixed oxide electrode for efficient dye-sensitized solar cells.《Journal of Solid State Chemistry》.2005,第178卷(第4期), * |
| Kyung Hyun Ko等.Enhanced efficiency of dye-sensitized TiO2 solar cells(DSSC) by doping of metal ions.《JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE》.2005,第283卷 * |
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