CN1309097C - 提高TiO2光电池光电转换效率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种用气体(如Ar、He、N2、N2+H2)射频等离子体对TiO2纳米晶进行处理，来提高TiO2光电池光电转换效率的方法，该方法是：将纳米二氧化钛放入射频等离子体发生装置中，抽真空后，至少通入下列气体之一：Ar、He、N2、N2+H2，到射频等离子体发生装置中，调节气体流速0.01～0.90升/份、射频功率为50～1000W、温度为100-550℃及处理时间为0.5～10小时，即得到所需产品。处理后的TiO2纳米晶比未处理的TiO2纳米晶具有更好的光电转换性能，其光电转换效率可提高30%～80%。

Description

提高TiO2光电池光电转换效率的方法
技术领域
本发明涉及一种用气体(如Ar、He、N2、N2+H2)射频等离子体对TiO2纳米晶进行处理的方法，尤其是处理用于光电转换的TiO2纳米晶。
背景技术
TiO2作为一种宽禁带的半导体材料，在光电转换、光催化和污染处理等方面有很强的应用价值，是材料科学、化学和环境科学等领域中最活跃的研究热点之一。
在光电转换方面，TiO2纳米晶光电池具有使用寿命长，无污染，原材料丰富且价格低廉，制作工艺简单，有利于大规模生产的无可比拟的优越性。但是TiO2纳米晶光电池有两方面的缺陷：一是由于TiO2是一种宽禁带的半导体材料，其禁带宽度为3.2ev，只能利用波长低于400nm的太阳光，这些太阳光能量仅占太阳光强的3％～5％；二是，电子-—空穴对的复合制约着其光电转换效率的进一步提高。能否通过改性使其激发波长向长波长方向移动，并且促使电子-—空穴的快速分离，对提高TiO2光电池的光电转换效率具有十分重要的意义。常用的改性方法有对TiO2纳米晶进行贵金属掺杂、制作复合膜等，但效果都不太显著。
发明的内容
本发明是一种用气体(如Ar、He、N2、N2+H2)射频等离子体对TiO2纳米晶进行处理，来提高TiO2光电池光电转换效率的方法。
本发明采用的技术方案为，将纳米二氧化钛放入射频等离子体发生装置中，抽真空后，至少通入下列气体之一：Ar、He、N2、N2+H2，到射频等离子体发生装置中，调节气体流速0.01～0.90升/分、射频功率为50～1000W、温度为100-550℃及处理时间为0.5～10小时，即得到所需产品。处理后的TiO2纳米晶比未处理的TiO2纳米晶具有更好的光电转换性能，其光电转换效率可提高30％～80％。
如上所述的方法，其特征在于：在离子体发生装置中通入单一的Ar气。由于氩气Ar的原子量大，对微结构的改进效果最明显，其光电转换效率可提高50％～80％。
本发明采用一种物理的方法对TiO2纳米晶进行改性——用氩气等等离子体对TiO2纳米晶进行处理。处理后TiO2纳米晶的吸收光谱发生了红移，促进了电子-—空穴对的分离，使其光电转换效率提高了30％～80％。本发明的另一优点是，单纯用物理方法对TiO2进行处理，工艺简单、成本低、无污染、方便实施有利于大规模生产。本发明的工作条件为：
气体流速：0.01～0.90升/分钟
加热温度：50℃～550℃
射频功率：50～1000W
处理时间：0.5～10小时
具体的实施方式及其效果：
实施例1：加热温度为300℃，氩气气流量为0.70升/分钟，射频功率为70W，处理时间为10h，光电转换效率提高83.6％。
实施例2：加热温度为300℃，He气流量为0.70升/分钟，射频功率为70W，处理时间为4h，光电转换效率提高41.6％。
实施例3：加热温度为100℃，N2气气流量为0.70升/分钟，射频功率为70W，处理时间为10h，光电转换效率提高30％。
实施例4：加热温度为300℃，He+N2气流量为0.20升/分钟，射频功率为70W，处理时间为10h，光电转换效率提高43.4％。
实施例5：加热温度为300℃，Ar+He+N2气流量为0.70升/分钟，射频功率为300W，处理时间为3h，光电转换效率提高58.3％。
本发明采用了单一的物理方法，成本低，无污染，方便实施，有利于大规模生产。经过处理后大大提高了TiO2纳米薄膜的光电转换效率。

Claims (2)

1、一种提高TiO2光电池光电转换效率的方法，其特征在于：将纳米二氧化钛放入射频等离子体发生装置中，抽真空后，通入下列气体之一：Ar、He、N2、N2+H2，到射频等离子体发生装置中，调节气体流速0.01～0.90升/分、射频功率为50～1000W、温度为100-550℃及处理时间为0.5～10小时，即得到所需产品。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：在离子体发生装置中通入单一的Ar气。
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