CN102157264A - 染料敏化太阳能电池所用的复合膜制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种染料敏化太阳能电池所用的复合膜制备方法。它的步骤如下：1）超声波条件下用有机溶剂和去离子水清洗基材，干燥；2）将基材放入溅射反应室中，加热，通入反应气体和工作气体，以金属钛为靶材，压强控制在0.5～2.0Pa，在基材上溅射生长氧化钛，得到致密均匀的氧化钛薄膜；3）在致密均匀的氧化钛薄膜上铺展二氧化钛颗粒层。本发明在大规模工业化生产染料敏化太阳能电池中具有广泛的应用，不仅容易控制产品的质量，降低生产成本，而且能够得到更加均匀、粘附力更强的染料敏化太阳能电池。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜的制备方法，尤其涉及一种染料敏化太阳能电池所用的复合膜制备方法。
背景技术
二氧化钛俗称“钛白粉”，是一种重要的白色无机涂料，由于其具有优越的白度、着色力、遮盖力、耐候性、耐热性、化学稳定性以及安全性，被广泛用于涂料、塑料、橡胶、油墨、纸张、化纤、陶瓷、日化、医药和食品等行业。随着纳米材料的表面效应、量子效应和宏观体积效应等特殊性能的发现和阐明，二氧化钛纳米材料的应用领域不断扩大。
二氧化钛薄膜材料在染料敏化太阳能电池（DSSC）领域中的应用相当受关注。染料敏化太阳能电池多由纳米二氧化钛半导体层、染料、电解质及对电极组成，通过将染料吸附在二氧化钛薄膜上，太阳光激发染料从基态变为氧化态，染料失去的一个电子转移到二氧化钛导带上，电子通过二氧化钛层传输到导电玻璃层后进入外电路。为了提高太阳能电池的光电转换效率，要求半导体层能吸附大量的染料分子以增加电子的产生量，因而分散度高、分布均匀、比表面积大的二氧化钛薄膜层更具竞争优势。实际应用中，二氧化钛吸附染料的多少将直接影响到外电路电流的大小，而二氧化钛层的厚度、致密性以及粘附性也将影响到电子的输运行为。制备比表面积大、厚度与致密度可调、粘附性强、均匀稳定的二氧化钛薄膜有利于调控染料的吸附及电子的输运，最终加大太阳能电池的使用效率和延长其使用寿命。
目前用于太阳能电池等器件、产品中的二氧化钛薄膜主要使用印刷、刀刮、阳极氧化等方法制备。但是这些方法在制备大面积的DSSC中遇到很大的困难，制得的二氧化钛薄膜容易碎裂且烧结时粘附性差而从基材上脱落，此类问题的克服目前很受关注。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种染料敏化太阳能电池所用的复合膜制备方法。
染料敏化太阳能电池所用的复合膜制备方法的步骤如下：
1）超声波条件下用有机溶剂和去离子水清洗基材，干燥；
2）将基材放入溅射反应室中，加热，通入反应气体和工作气体，以金属钛为靶材，压强控制在0.5～2.0Pa，在基材上溅射生长氧化钛，得到致密均匀的氧化钛薄膜；
3）在致密均匀的氧化钛薄膜上铺展二氧化钛颗粒层。
所述的有机溶剂为丙酮、氯仿、甲醇或乙醇。所述的基材是FTO导电玻璃、ITO导电玻璃、AZO导电玻璃、普通玻璃、陶瓷、金属、合金、聚乙烯、聚苯乙烯或无纺布。所述的反应气体是纯氧或空气；工作气体为氩气、氮气或氩气和氮气的混合气体。所述的在氧化钛薄膜上铺展二氧化钛层的方法是：印刷法、刀刮法或阳极氧化法。
本发明采用物理气相沉积法制备二氧化钛致密、均匀薄膜工艺简单，联合printing、doctor-blading、阳极氧化法等制备厚度可控、粘附性强、均匀稳定的二氧化钛薄膜，可以拓宽二氧化钛薄膜的使用范围，增强其在染料敏化太阳能电池中的应用。
具体实施方式
实施例1
1)超声波条件下用丙酮和去离子水清洗FTO导电玻璃基材，干燥；
2)物理气相沉积反应室真空度抽到1×10-3Pa，加热FTO导电玻璃基材，使FTO导电玻璃基材温度为20℃，通入反应气体氧气，以金属钛为靶材，惰性气体氩气为工作气，控制反应压强为0.5Pa，溅射电流为0.30A,电压为500V,在FTO导电玻璃基材上溅射生长致密均匀的氧化钛薄膜，膜厚6nm；
3)将二氧化钛浆料用印刷法（print）铺展在致密均匀的氧化钛薄膜上。所得的二氧化钛膜铺展均匀，附着力强。
实施例2
1)超声波条件下用氯仿和去离子水清洗ITO导电玻璃基材，干燥；
2)物理气相沉积反应室真空度抽到9.4×10-4Pa，加热ITO导电玻璃基材，使ITO导电玻璃基材温度为70℃，通入反应气体空气，以金属钛为靶材，惰性气体氩气为工作气，控制反应压强为1.0Pa，溅射电流为0.35A,电压为600V,在ITO导电玻璃基材上溅射生长致密均匀的氧化钛薄膜, 膜厚20nm；
3)将二氧化钛浆料用刀刮法（doctor-blading）铺展在致密均匀的氧化钛薄膜上。所得的二氧化钛膜铺展均匀，附着力强。
实施例3
1)超声波条件下用甲醇、丙酮和去离子水清洗聚乙烯基材，干燥；
2)物理气相沉积反应室真空度抽到3.2×10-3Pa，加热聚乙烯基材，使聚乙烯基材温度为250℃，通入反应气体氧气，以金属钛为靶材，惰性气体氮气为工作气，控制反应压强为2.0Pa，溅射电流为0.30A,电压为450V,在聚乙烯基材上溅射生长致密均匀的氧化钛薄膜, 膜厚100nm；
3)用阳极氧化法将二氧化钛颗粒铺展在致密均匀的氧化钛薄膜上。所得的二氧化钛膜铺展均匀，附着力强。
实施例4
1）超声波条件下用乙醇和去离子水清洗陶瓷基材，干燥；
2）物理气相沉积反应室真空度抽到4.2×10-3Pa，加热陶瓷基材，使陶瓷基材温度为100℃，通入反应气体氧气，以金属钛为靶材，惰性气体氮气和氩气混合气体为工作气，控制反应压强为1.5Pa，溅射电流为0.12A,电压为250V,在陶瓷基材上溅射生长致密均匀的氧化钛薄膜, 膜厚30nm；
3）用阳极氧化法将二氧化钛颗粒铺展在致密均匀的氧化钛薄膜上。所得的二氧化钛膜铺展均匀，附着力强。
实施例5
1）超声波条件下用乙醇、氯仿和去离子水清洗无纺布基材，干燥；
2）物理气相沉积反应室真空度抽到7.4×10-4Pa，加热无纺布基材，使无纺布基材温度为50℃，通入反应气体空气，以金属钛为靶材，惰性气体氮气和氩气混合气体为工作气，控制反应压强为0.8Pa，溅射电流为0.22A,电压为350V,在无纺布基材上溅射生长致密均匀的氧化钛薄膜, 膜厚80nm；
3）用刀刮法将二氧化钛颗粒铺展在致密均匀的氧化钛薄膜上。所得的二氧化钛膜铺展均匀，附着力强。
Claims (5)
1.一种染料敏化太阳能电池所用的复合膜制备方法，其特征在于它的步骤如下：
1）超声波条件下用有机溶剂和去离子水清洗基材，干燥；
2）将基材放入溅射反应室中，加热，通入反应气体和工作气体，以金属钛为靶材，压强控制在0.5～2.0Pa，在基材上溅射生长氧化钛，得到致密均匀的氧化钛薄膜；
3）在致密均匀的氧化钛薄膜上铺展二氧化钛颗粒层。
2.如权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池所用的复合膜制备方法，其特征在于所述的有机溶剂为丙酮、氯仿、甲醇或乙醇。
3.如权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池所用的复合膜制备方法，其特征在于所述的基材是FTO导电玻璃、ITO导电玻璃、AZO导电玻璃、普通玻璃、陶瓷、金属、合金、聚乙烯、聚苯乙烯或无纺布。
4.如权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池所用的复合膜制备方法，其特征在于所述的反应气体是纯氧或空气；工作气体为氩气、氮气或氩气和氮气的混合气体。
5.如权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池所用的复合膜制备方法，其特征在于所述的在氧化钛薄膜上铺展二氧化钛层的方法是：印刷法、刀刮法或阳极氧化法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110817 |