[發(fā)明專利]一種在低溫下制備納米金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜電極的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110272837.8
• 申請日: 2011-09-15
• 公開（公告）號: CN103000297A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭良宏;劉陽
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心
• 主分類號: H01B13/00
• 分類號: H01B13/00;H01B5/14
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及薄膜電極技術(shù)領(lǐng)域，是針對非耐熱性基底材料，在低溫下制備納米金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜電極的方法，所制備的半導(dǎo)體電極可應(yīng)用在太陽能電池、光催化降解、光電生物傳感等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

納米半導(dǎo)體薄膜不但具有優(yōu)良的光電化學(xué)性質(zhì)，還具有較大的比表面積、低毒性、低成本和便于加工制備的特性，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于太陽能電池、光催化降解、光電化學(xué)檢測以及室內(nèi)空氣凈化等領(lǐng)域。半導(dǎo)體薄膜的制備方法有很多種，包括懸涂法、濺射法、電化學(xué)沉積法、原位蝕刻法、物理壓縮法等。上述方法都具有各自的優(yōu)勢，但是也都具有各自的局限性。比如懸涂法，雖然制備簡單但是所制備的薄膜不穩(wěn)定易脫落。濺射法雖然能制備較為穩(wěn)定的薄膜，但是需要真空操作，制備過程較為復(fù)雜。由于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的需要，簡單、適用于工業(yè)生產(chǎn)的半導(dǎo)體薄膜制備方法變得尤為重要。傳統(tǒng)的制備方法為實現(xiàn)半導(dǎo)體薄膜光電性能的最優(yōu)化，都要采用高溫煅燒處理過程，以使制備的薄膜具有所需要的半導(dǎo)體晶型，并促進(jìn)膜內(nèi)顆粒之間的接觸以降低接觸電阻。由于常見的柔性基底材料如塑料、樹脂等不能耐受超過200度的高溫，上述基于高溫煅燒的納米半導(dǎo)體薄膜制備方法不適用于在柔性基底材料上操作。由于日常生活中所使用的便攜器材和電子設(shè)備，如手機、計算機、家用電器等，其電路元件主要是基于塑料等柔性材料，因此一個低溫的半導(dǎo)體薄膜制備方法顯得很有必要。

納米氧化物半導(dǎo)體薄膜制備方法，在專利和科研文章中已有描述和報道。在中國專利200510102357.1中，沈輝等利用鋁片作為基底，先將鋁片氧化為多孔的氧化鋁薄片，再在此薄片上通過電沉積形成氧化鈦半導(dǎo)體陣列，用于敏化太陽能電池的制備，此種方法獲得的太陽能電池具有極高的光電轉(zhuǎn)換性能。在中國專利200610134934.X中，欒松等利用低溫等離子體技術(shù)來加速納米半導(dǎo)體材料的制備，并消除有機溶劑的影響。他們先在氧化銦錫表面制備了氧化鈦納晶半導(dǎo)體電級層，然后將其轉(zhuǎn)移到軟質(zhì)絕緣層上，實現(xiàn)了太陽能電池的制備。中國專利CN101692411-A中，Kang等利用陽極氧化的方法先制備納米孔二氧化鈦電極，再將納米二氧化鈦晶體固定到此納米孔電極的表面作為染料敏化電池的工作電極，可以提高光電轉(zhuǎn)換效率。美國專利US2008011351-A1中，Diau等利用二氧化鈦納米管陣列制備了染料敏化電池的工作電極，這種方法提高了電子轉(zhuǎn)移速率，并且可被兩個敏化電池所共用，節(jié)約了制作成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是公開一種在低溫下制備納米金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜電極的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種在低溫下制備納米金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜電極的方法，其包括步驟：

1)將金屬氧化物納米材料放入去離子水中，加入非離子型表面活性劑，超聲震蕩9-11分鐘，得到金屬氧化物溶膠；

2)選擇表面光滑的平面導(dǎo)電材料，并先后用有機溶劑和純水超聲清洗干凈，備用；

3)取一定體積的金屬氧化物溶膠，滴加在2)步中處理的導(dǎo)體材料表面，使之均勻涂覆，并自然晾干；

4)將金屬氧化物覆蓋的導(dǎo)體材料放入馬弗爐中，在低溫下煅燒≥2小時，得到納米金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜電極。

所述的制備納米金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜電極的方法，其所述步驟1)的金屬氧化物納米材料，其中的金屬氧化物，是二氧化鈦、二氧化錫、氧化鋅或氧化亞銅其中之一。

所述的制備納米金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜電極的方法，其所述步驟1)的金屬氧化物納米材料，其中的納米材料，是納米顆粒、納米線、納米棒、納米管或納米薄片其中之一，或它們的組合。

所述的制備納米金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜電極的方法，其所述步驟1)的非離子型表面活性劑，其中的表面活性劑，是曲拉通X-100、吐溫-20或聚乙二醇其中之一，或它們的組合。

所述的制備納米金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜電極的方法，其所述步驟1)的非離子型表面活性劑，其中的表面活性劑濃度，在0.1％-1％之間。

所述的制備納米金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜電極的方法，其所述步驟1)中金屬氧化物溶膠的濃度在1％-10％之間。

所述的制備納米金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜電極的方法，其所述步驟3)中一定體積的溶膠，其滴涂比為5-20uL/cm²；使之均勻涂覆，是利用刀片刮膜或甩膠機均勻涂覆。

所述的制備納米金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜電極的方法，其所述步驟4)的低溫煅燒，其煅燒溫度在80-200℃之間。