[發(fā)明專利]氧化鈦復(fù)合物的制備方法以及摻有該復(fù)合物的光電轉(zhuǎn)換裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110120145.1
• 申請(qǐng)日: 2011-05-06
• 公開（公告）號(hào): CN102254705A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 清水圭輔;檟修;中山有理;福島和明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 索尼公司
• 主分類號(hào): H01G9/042
• 分類號(hào): H01G9/042;H01G9/20;H01M14/00;H01L51/42;H01L51/44;H01L51/48
• 代理公司: 北京東方億思知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11258
• 代理人: 肖善強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氧化鈦復(fù)合物，更具體涉及可應(yīng)用于光電轉(zhuǎn)換裝置的半導(dǎo)體層的氧化鈦復(fù)合物，其制備方法以及摻有這種復(fù)合物的光電轉(zhuǎn)換裝置。

背景技術(shù)

近年來，隨著公眾越來越關(guān)注環(huán)境保護(hù)，光伏發(fā)電變得更加重要。可以實(shí)踐的裝置之一是染料增感型太陽能電池(DSSC)，其由工作電極和對(duì)電極組成，其中氧化-還原電解質(zhì)層被置于二者之間。工作電極由透明帶電層和氧化物半導(dǎo)體層構(gòu)成，這兩層都形成在透明基板上。氧化物半導(dǎo)體層擔(dān)載增感染料。工作電極也被稱為光電極或窗電極。染料增感型太陽能電池如下這樣起電池的作用：太陽光激發(fā)染料中的電子并且受激電子進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體層、然后進(jìn)入透明導(dǎo)電層，結(jié)果電流流過連接有負(fù)載的外電路流向?qū)﹄姌O。

與硅型太陽能電池相比，染料增感型太陽能電池具有如下優(yōu)點(diǎn)：其原料來源不太受限、不需要真空裝置并且能夠以低成本通過印刷或流水線系統(tǒng)來制備。出于這個(gè)原因，染料增感型太陽能電池得到廣泛地開發(fā)。

氧化物半導(dǎo)體層作為染料增感型太陽能電池的一個(gè)構(gòu)件通常由氧化鈦形成，并且為了增強(qiáng)氧化鈦的染料吸附能力以便改善光電轉(zhuǎn)換效率，已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行了大量研究。在此方面，正在試圖開發(fā)具有大比表面積的氧化鈦或開發(fā)氧化鈦納米線復(fù)合物。

這些嘗試的實(shí)例包括，在含有脲和硫酸氧鈦(titanium?oxysulfate)的溶液中合成具有大比表面積的氧化鈦膜的方法(參見S.Yamabi，H.Imai，“Synthesis?of?rutile?and?anatase?films?with?high?surface?areas?in?aqueous?solutions?containing?urea，”Thin?Solid?Films?434(2003)86-93(2.實(shí)驗(yàn)部分)，此后被稱為非專利文獻(xiàn)1)；和用于制備氧化鈦納米線復(fù)合物的方法(參見日本專利特開2007-70136(第0010至0012段、圖3和圖4，此后被稱為專利文獻(xiàn)1)和日本專利特開2006-182575(第0010至0014段，此后被稱為專利文獻(xiàn)2)，以及B.Liu等人的“Oriented?single?crystalline?titanium?dioxide?nanowires，”Nature?Nanotechnology?19，505604(2008)(2.實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，3.結(jié)果與討論，此后被稱為非專利文獻(xiàn)2))。

氧化鈦納米線復(fù)合物由于具有大比表面積(這導(dǎo)致高染料吸附能力)以及在納米線的長(zhǎng)度方向上具有良好的電子導(dǎo)電性而被預(yù)期可用作氧化物半導(dǎo)體層(參見專利文獻(xiàn)1和日本專利特開2008-277019(第0012至0016段和第0046至0066段，此后被稱為專利文獻(xiàn)3))。

標(biāo)題為“光電電池以及用于形成該光電電池的多孔半導(dǎo)體膜的涂料”的專利文獻(xiàn)3公開了如下內(nèi)容：多孔金屬氧化物半導(dǎo)體膜由氧化鈦顆粒形成，各個(gè)顆粒包含氧化鈦的基體顆粒和包覆該基體顆粒表面的一層氧化鈦微粒。氧化鈦基體顆粒可以是球形的、纖維形的或管形的氧化物。它們可以單獨(dú)使用，或者可以彼此組合使用。纖維形或管形氧化鈦應(yīng)當(dāng)具有5至40nm(優(yōu)選8至30nm)的平均直徑和25至1000μm(優(yōu)選50至600μm)的平均長(zhǎng)度。

發(fā)明內(nèi)容

用于形成光電轉(zhuǎn)換裝置的半導(dǎo)體層的氧化鈦可以是具有大比表面積的微粒形式的氧化鈦。該氧化鈦的表面上吸附大量染料，因而提供了大反應(yīng)面積。然而，這種氧化鈦由于顆粒間存在非常多的界面因而導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)生的電子在遷移到電極期間被大幅損耗。

與此對(duì)照，用于形成染料增感型太陽能電池的半導(dǎo)體層的氧化鈦可以是棒形氧化鈦(諸如納米線)。這種氧化鈦由于顆粒間存在較少的截面因而允許反應(yīng)產(chǎn)生的電子有效遷移至電極。然而，這種氧化鈦由于具有小比表面積因而吸附的染料量有限，從而導(dǎo)致反應(yīng)面積不足。

鑒于以上不足，為了提高染料增感型太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，需要一種具有低電阻和大比表面積的半導(dǎo)體層。

本發(fā)明解決了上述問題。本發(fā)明令人希望地提供了一種用于形成光電轉(zhuǎn)換裝置的半導(dǎo)體層的氧化鈦復(fù)合物、及其制備方法、以及摻有這種復(fù)合物的光電轉(zhuǎn)換裝置。

本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種用于制備氧化鈦復(fù)合物的方法，所述方法包括如下步驟：準(zhǔn)備氧化鈦納米線；將所述氧化鈦納米線浸漬在含有硫酸氧鈦和脲的溶液中，從而在所述氧化鈦納米線的表面上形成氧化鈦微粒；回收在表面上形成了氧化鈦微粒的所述氧化鈦納米線。