CN101983410A - 用于制造光电化学器件的子组件和生产该子组件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于制造光电化学器件的子组件，所述子组件包括：第一层，所述第一层包括半导体材料；第二层，所述第二层可导电；其中，所述第二层支撑所述第一层。另外公开了生产该子组件的方法。
Description
技术领域
本发明涉及用于制造光电化学器件的子组件和生产该子组件的方法。在一种形式中，该子组件(assembly)包括介孔(meso-porous)TiO2膜并且用于制造太阳能电池。
发明内容
本发明的第一方面提供了一种用于制造光电化学器件的子组件，该子组件包括：第一层，所述第一层包括半导体材料；第二层，所述第二层可导电；并且其中所述第二层支撑所述第一层。
所述第二层可以采用金属网的形式。
所述第二层可以采用多孔箔片的形式。
所述第一层可以包括氧化物颗粒。
所述第一层可以包括TiO2、Fe2O3、ZnO、Sn2O3和WO3中的任何材料。
所述子组件还可以包括被布置在所述第一层和第二层之间的中间层。
所述中间层包括如下材料中的任何材料：TiO2、ZrO2或其他氧化物材料；金刚石；半金属、金属(和多金属)的氮化物、氧化物、硼化物、磷化物、硅化物比如铌、钼、钽、钨或钒的硅化物、以及它们的组合；氮氧化合物；氮化钛(TiN)；氮化锆；碳化硼；惰性金属如Ti、W和稀有金属(贵金属)如Pt、Rh、Pd。
本发明的第二方面提供了一种生产用于制造光电化学器件的子组件的方法，该方法包括如下步骤：在载体片材上使第一层与第二层结合；所述第一层包括氧化物颗粒；所述第二层可导电；以及移除所述载体片材。
所述第一层可以被施加(apply)于所述载体片材上，然后所述第二层可以接着被施加于所述第一层上。
所述第二层可以被施加于所述载体片材上，然后所述第一层可以接着被施加于所述第二层上。
可以通过涂覆溶液而施加所述第一层。
所述溶液可以包括分散剂。
所述溶液可以包括粘结剂。
所述溶液可以包括增塑剂、脱泡剂、增稠剂或湿润剂中的任何溶液。
所述第一层的厚度在5um(微米)至100um范围内。
所述第一层的厚度在10um至100um范围内。
所述第一层的厚度在5um至20um范围内。
所述层通过中间层而被结合。
所述中间层可以包括如下材料中的任何材料：TiO2、ZrO2或其他氧化物材料；金刚石；半金属、金属(和多金属)的氮化物、氧化物、硼化物、磷化物、硅化物比如铌、钼、钽、钨或钒的硅化物、以及它们的组合；氮氧化合物；氮化钛(TiN)；氮化锆；碳化硼；惰性金属如Ti、W和稀有金属(贵金属)如Pt、Rh、Pd。
所述方法还包括步骤：烘焙(fire)所述子组件。
所述第一层可以包括TiO2、Fe2O3、ZnO、Sn2O3和WO3中的任何一种。
所述方法还包括步骤：向所述载体片材施加分离剂。
附图说明
现在将参考附图仅通过示例说明本发明的实施方式，在附图中：
图1为根据本发明实施方式的用于形成子组件的第一步的示意性侧视图；
图2示出了第二步并且示出了随后施加到图1所示构造上的金属网；
图3示出了图2中移除了承载膜后的构造；
图4是图3的子组件的俯视图；
图5和图6示出了图1至图3说明的方法的变形；
图7是图6所示子组件的俯视图；
图8至图11示出了本发明方法的另一实施方式中的步骤；
图12示出了使用图3所示的子组件制造的太阳能电池。
具体实施方式
本发明包括被施加到金属网或金属栅格上、然后被烘焙的薄的二氧化钛膜。结果是在金属网或金属栅格上产生预烧结的二氧化钛层。所述网或者栅格的存在使得不需要在随后的用于制造光电化学器件如太阳能电池的处理步骤中将TCO或任何导电性涂层施加到膜的附近。其中处理步骤用于制造比如太阳能电池的光电化学器件。由此，能够使用简单的透明密封层。另外，该子组件能够形成太阳能电池的工作电极，冲击所述电池的光不需要在冲击所述工作电极之前穿透电解质层，由此改进了电池效率。所述网还允许容易地处理所述膜(例如，用于传送到其他的基板上)。这样的膜能够在相对较低的温度下被施加到塑料基板上，如施加到PET或PEN膜上。
本发明的一个优点在于制备膜和烘焙膜的步骤与施加膜的处理分离。由此，本发明的方法允许器件制造处理中的更大的灵活性和简易性、在相对低的温度下易于操作用于传送到其他支撑体上如聚合体膜上的材料、一次处理较大的表面区域和方便地传送预制的膜。
现在将说明用于形成根据本发明的子组件的两个处理过程。
实施方式1
参考图1，在承载膜或承载箔片14(纤维素乙酸酯、迈拉(Mylar，聚酯薄膜的商品名))上通过涂覆处理如刮片(doctor blade)处理(流延铸塑(tape casting))制备绿色(未烘焙)TiO2膜12。TiO2溶液包括TiO2粉末、分散剂、粘结剂和增塑剂，使得所述膜能够被铸塑成非常小的厚度(10um至100um)并且在干燥后从所述承载体脱离。通常的膜厚度是大约10um至20um。参考图2，金属网16或金属栅格被置于膜12上，并且施加较小的压力以使所述网部分地嵌入所述膜中，所述金属网16或金属栅格是基于金属如钢、不锈钢、Ti、Mo、W的，表面由这些金属修饰和表面涂覆这些金属或具有适当厚度的(根据实际应用)其他导电材料如TiN。所述网由钢丝形成且厚度在10um至50um之间。
可选地，可以通过薄的中间层来改进网12以提供改进的粘结特性和/或电气接触特性。所述中间层可以由TiO2、ZrO2或其他氧化物材料；金刚石；半金属、金属(和多金属)的氮化物、氧化物、硼化物、磷化物、硅化物比如铌、钼、钽、钨或钒的硅化物、以及它们的组合；氮氧化合物；氮化钛(TiN)；氮化锆；碳化硼；对光电化学器件的其他部件(对光电化学器件而言意图使用这些其他部件)呈现惰性的金属如Ti、W、Mo；稀有金属如Pt、Rh、Pd。
所述中间层可用于在制造太阳能电池时保护膜层不受电解液的伤害。所述中间层可以被制成稠密的膜。
参考图3和图4，在氧化层干燥后，移除塑料承载体14，并且根据需要(以金属网能够承受的任何温度)烘焙(所述网在下方(meshdown))金属网16和膜12以从膜12中移除有机物。由于要求相对高的孔隙度，因此仅发生非常小的收缩，消除了在适当的烘焙状态下在所述网的未支撑区域发生所述膜破裂的危险。结果是生成了子组件10，该子组件10随后能够用于制造光电化学器件，比如太阳能电池、杂质的光电化学分离器、光化学水处理器、电致变色器件和传感器。
参考图5、图6和图7，在本实施方式的变形中，使用多孔箔18来替代网12。制造步骤与参考图1至图4说明的步骤相同。所产生的子组件以附图标记20表示。
实施方式2
参考图8和图9，金属网16或金属栅格被置于塑料承载体14上以确保精确的平面度，所述金属网16或金属栅格是基于如钢、不锈钢、Ti、Mo、W的，表面由这些金属修饰和表面涂覆有这些金属或者具有适当厚度的导电材料如TiN。然后，包括TiO2粉末、分散剂、粘结剂和增塑剂的TiO2溶液通过涂覆处理如刮片处理(流延铸塑)被沉积到所述网上。根据特定应用的需求，该溶液以这种方式被铸塑，即，使得最终的干燥的膜12的厚度与所述网的厚度相同，或者略大于所述网的厚度。
然后，所述塑料承载体14被移除并且网16和膜12被烘焙以生产出附图标记30所示的子组件。
参考图10和图11，在本实施方式的变形中，使用多孔箔片18来代替网12。其制造步骤与参考图8和图9所说明的步骤相同。用于所述多孔箔片的可用材料与用于所述网的可用材料相同。所产生的子组件用附图标记40标记。
在烘焙之后，网12或者箔片18的固态结构使得易于操作。具体的尺寸可能被切割(建议采用激光切割以减少处理中的振动应力)出并应用到聚合物基板膜如PET或者PEN。可选地，可以施加一些热处理以优化两种材料之间的接触。
根据本发明的实施方式的子组件能够被容易地操作和输送以在高速的卷到卷(reel-to-reel)处理中用于对于染料敏感(dye-sensitised)的太阳能电池。然后，他们能够在室温或与聚合物基板兼容的相对低的温度下得以应用。
在上述的实施方式的变形中，可以使用分离剂以有助于移除所述载体片材。
在上述的实施方式的变形中，所述网可以由任意能够承受热处理步骤的导电材料比如Mo、W或TiN形成。
在上述的实施方式的变形中，所述膜可以通过热处理、机械压力、紫外光(UV)固化或者使用粘结剂而附接到导电层。
在上述的实施方式的变形中，用以形成所述膜层的溶液还可以包括脱泡剂、增稠剂或湿润剂。
参考图12，示出了使用子组件10构造成的太阳能电池100。电池100以如下方式被构造成。首先，子组件被装入基板105中，该基板105由透明聚合物如PET或PEN形成。下部的玻璃基板101设置有导电层102。该导电层可以由导电性透明氧化物如ITO、FTO、以及不与所述电池中的其他部件发生化学反应的任何材料形成。组件10的氧化物层通过适当的染料(dye)感光，并且由连接有子组件10的上部基板105遮盖。所述电池由侧壁104密封并且电解液106被注入到所述电池中。能够看到，由箭头标识的太阳光冲击形成所述电池的工作电极的子组件10。
除非另外注明，这里包含的对于现有技术的引用并不意味着认为该信息是公知技术。
最终，应理解在不偏离本发明的精神和范围的前提下，可以对先前说明的部分进行各种替换和添加。
Claims (22)
1.一种用于制造光电化学器件的子组件，包括：
第一层，所述第一层包括半导体材料；
第二层，所述第二层可导电；
并且其中所述第二层支撑所述第一层。
2.根据权利要求1所述的子组件，其特征在于，所述第二层采用金属网的形式。
3.根据权利要求1所述的子组件，其特征在于，所述第二层采用多孔箔片的形式。
4.根据任一前述权利要求所述的子组件，其特征在于，所述第一层包括氧化物颗粒。
5.根据权利要求4所述的子组件，其特征在于，所述第一层包括TiO2、Fe2O3、ZnO、Sn2O3和WO3中的任何材料。
6.根据任一前述权利要求所述的子组件，其特征在于，还包括被布置在所述第一层和所述第二层之间的中间层。
7.根据权利要求6所述的子组件，其特征在于，所述中间层包括如下材料中的任何材料：TiO2、ZrO2或其他氧化物材料；金刚石；半金属、金属(和多金属)的氮化物、氧化物、硼化物、磷化物、硅化物比如铌、钼、钽、钨或钒的硅化物、以及它们的组合；氮氧化合物；氮化钛(TiN)；氮化锆；碳化硼；惰性金属如Ti、W和稀有金属如Pt、Rh、Pd。
8.一种生产用于制造光电化学器件的子组件的方法，该方法包括如下步骤：
在载体片材上使第一层与第二层结合；
所述第一层包括氧化物颗粒；
所述第二层可导电；以及
移除所述载体片材。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一层被施加于所述载体片材上，然后所述第二层接着被施加于所述第一层上。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二层被施加于所述载体片材上，然后所述第一层接着被施加于所述第二层上。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过涂覆溶液而施加所述第一层。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述溶液包括分散剂。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述溶液包括粘结剂。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述溶液包括增塑剂、脱泡剂、增稠剂或湿润剂中的任何溶液。
15.根据权利要求8至14中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一层的厚度在5um至100um范围内。
16.根据权利要求8至14中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一层的厚度在10um至100um范围内。
17.根据权利要求8至14中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一层的厚度在5um至20um范围内。
18.根据权利要求8至17中的任一项所述的方法，其特征在于，所述层通过中间层而被结合。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述中间层包括如下材料中的任何材料：TiO2、ZrO2或其他氧化物材料；金刚石；半金属、金属(和多金属)的氮化物、氧化物、硼化物、磷化物、硅化物比如铌、钼、钽、钨或钒的硅化物、以及它们的组合；氮氧化合物；氮化钛(TiN)；氮化锆；碳化硼；惰性金属如Ti、W和稀有金属如Pt、Rh、Pd。
20.根据权利要求8至19中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括步骤：烘焙所述子组件。
21.根据权利要求8至20中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一层包括TiO2、Fe2O3、ZnO、Sn2O3和WO3中的任何一种。
22.根据权利要求8至21中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括步骤：向所述载体片材施加分离剂。
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