[發明專利]染料敏化半導體雙膜片方法

無效

• 申請號: 201010139901.0
• 申請日: 2010-04-07
• 公開（公告）號: CN101834069A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 王麗秋;呂曉斐;王新亭
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 崔鳳英

技術領域??本發明涉及一種染料敏化半導體材料的制作方法。

背景技術??太陽能電池是最具開發潛力的一種綠色可再生能源。目前已商品化的硅太陽能電池，由于其制造工藝復雜、成本昂貴、光腐蝕及工業單晶硅儲量等問題，大規模長期應用面臨困難。1991年，瑞士科學家M.Gratzel教授，開發了一種全新的太陽能電池——染料敏化納米太陽能電池(dye-sensitized?solarcell，DSSC，也稱“Gratzel?cell”)。這種電池不受自然資源的限制、制作方法簡單，成本僅為硅太陽能電池的1/5～1/10，具有很大的開發前景，其關鍵是使用了很廉價的性能好的染料敏化納米二氧化鈦半導體光陽極，該陽極由透明基片、導電層和負載光敏染料的金屬氧化物薄膜構成，該載有染料的半導體稱為染料敏化半導體電極。但染料敏化半導體薄膜制備染料半導體復合材料電極的方法不同，得到的染料敏化半導體材料會在光電性能-制作成本-過程中環保上有所差異，直接影響了電池的工作效率--成本及工藝綠色化程度環保成本。到目前為止，染料敏化半導體材料的方法主要是將染料配成一定溶液，然后通過浸漬、印刷、噴涂、刮涂、旋涂、噴霧熱分解等敏化方法(相關專利申請的申請號如下200710170393，200780011820，200910303700.7，200910041296.3，200910088194.4)使染料以物理和/或化學鍵合方式與半導體復合。其中的浸漬法一般不涉及專門儀器的使用和大量溶劑揮發污染問題，與其它方法相比，是最為節能簡便的一種在染料敏化太陽能電池光陽極制作中被廣泛使用的染料敏化半導體方法(相關專利申請的申請號如下200910055090.3，200910160045.4，200910023103.9，200910052884.4，200910111911.0，200910131154.3等)。但該法是通過將半導體膜片完全浸入到染料溶液中(幾小時至幾十小時)而實現敏化的，在敏化過程中染料液的濃度是變化的，濃度的改變會造成染料敏化的不均勻性，且敏化后余下的低濃度染料液，重復使用率差，常作為廢液排放掉，這樣不僅染料的利用率低，浪費了大量的染料，使成本提高；而且不易控制單分子層染料敏化，多層敏化會使內層染料阻礙電子的傳輸，降低材料的光電轉換性能；另外對環境還會造成污染。

發明內容??本發明目的在于提供一種不僅能有效控制染料敏化程度、染料敏化均勻，而且染料利用率高、污染小、成本低的染料敏化半導體雙膜片方法。本發明主要是：將兩基片上的半導體薄膜的膜面相對，底端浸入染料液面下，利用毛細作用使染料溶液均勻進入并充滿兩膜面間的縫隙，使半導體薄膜的膜面進行染料敏化。

本發明的具體做法是：

(1)染料溶液的配制：

①可以敏化半導體薄膜的染料有很多，本發明所采用的敏化染料可以是單一染料組分，也可以是多種染料組分的復合物。這些染料可以是聯吡啶金屬絡合物類染料、有機小分子染料、高分子染料、酞菁、菁染料、螺吡喃、三芳甲烷型、卟啉類、噻嗪類、萘四甲酸酐類和苝四甲酸酐類等。

②將上述敏化染料溶于與其適應的溶劑中，配成一定濃度的溶液，具體濃度的選擇可由半導體和染料的性質以及所要求的敏化程度來定，一般在10^-7-10^-3mol/L之間。溶劑可以是甲醇、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、丙酮、甲苯、二甲苯、三氯甲烷、水、乙腈或它們組成的混合溶劑等。

(2)染料與半導體膜片的復合：

①待敏化的半導體膜片即表面附有半導體薄膜的基片，該基片可以是具有導電特征的玻璃、陶瓷、金屬或高分子聚合物，該高分子聚合物可以是聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯、三乙酰基纖維素、聚醚砜或它們的組合物。上述基片可以為任何一種或幾種導電金屬或金屬化合物如氧化銦錫(ITO)、氧化氟錫(FTO)、ZnO-(Ga2O3或Al2O3)錫基氧化物、氧化銻錫(ATO)及其組合。

上述半導體薄膜可以為具有半導體特征的任何單一組分或多種組分復合的半導體薄膜，也包括下列物質中選出的至少一種金屬的氧化物或硫化物，即Ti，Zr，Sr，Zn，In，Yr，La，V，Mo，W，Sn，Nb，Mg，Al，Y，Sc，Ga或它們的組合物，也包括以各種方式在它們中添加其他物質形成的復合半導體薄膜。