[發明專利]散射層由漸進TiO2顆粒構成的半導體薄膜制備方法

有效

• 申請號: 201210476862.2
• 申請日: 2012-11-22
• 公開（公告）號: CN103219160A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 孟舒獻;于向梅;馮亞青;張寶
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 王小靜

技術領域

?本發明涉及一種散射層由漸進TiO₂顆粒構成的半導體薄膜制備方法，屬于染料敏化太陽能電池技術領域。

背景技術

在能源稀缺的今天，太陽能電池的開發與應用顯得尤為重要。染料敏化太陽能電池因其綠色環保，生產成本低，工藝簡單等優點在新能源領域占有重要地位。

染料敏化太陽能電池（DSSC）通常由染料分子，電解質，光陽極和對電極組成，而光陽極作為染料敏化太陽能電池的重要組成部分，構成光陽極結構的TiO₂納米晶的形貌及性質對光電轉化效率的影響很大。TiO₂納米晶的物理化學性質主要取決于TiO₂的粒徑，形貌以及晶型。納米級TiO₂由于其具有較寬的帶隙（3.2eV），較大的比表面積，較高的孔隙率，可以產生有效的光吸收和光收集效應，因此納米級TiO₂在染料敏化太陽能電池中具有很好的光電性能，但是，納米級TiO₂對于光的散射能力很差，由單純納米級TiO₂作為光陽極的電池在光的利用上有很大損失，大部分吸收的太陽光通過光陽極薄膜透射出去，這樣就降低了光的利用效率。為了提高太陽光的利用率及光電轉化效率，我們嘗試在納米級TiO₂薄膜上層，增加散射層，散射層主要是用微米級TiO₂作為膜材料，利用微米級顆粒對吸收的太陽光進行散射，散射回的太陽光可以再次被利用，增加了光的利用率。而單純一種尺寸的散射層TiO₂顆粒只能對光在一種維度下進行散射，當增加散射層的厚度，且每層散射層的TiO₂顆粒尺寸不同時，光就可以在不同維度下進行散射，這樣就大大增加了光被反射的能力，增加了光的利用率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種散射層由依次漸進TiO₂顆粒構成的半導體薄膜制備方法，該制備方法過程簡單，制得的半導體薄膜的散射層比表面有所增大，且不易破壞，光化學電化學效果優良。

本發明是通過下述技術方案加以實現的，一種散射層依次由漸進尺寸的TiO₂顆粒構成的半導體薄膜制備方法，其特征在于包括以下過程：

1)?將聚乙烯吡咯烷酮加入到乙醇溶劑中，配制成質量分數為2~25%的聚乙烯吡咯烷酮溶液，按照濃度為0.8mol的TiCl₄溶液與乙醇的體積比為1:3，再向聚乙烯吡咯烷酮溶液中加入?TiCl₄溶液，在攪拌及在溫度40℃~80℃下，按照聚乙烯吡咯烷酮與尿素質量比為1:（0.5~4）再加入的尿素，攪拌至尿素全部溶解，得到水熱前軀體；

2）將步驟1）制備的水熱前軀體放入水熱釜中，在溫度80℃~220℃進行水熱反應4h~20h，反應產物去除上清液，沉淀物用乙醇和去離子水分別離心洗滌至離心管內上清液澄清為止，洗滌后顆粒在溫度80~120℃下干燥，將干燥后的產物放入馬弗爐中，在馬弗爐中以10^oC/min的速度升溫至溫度450~500℃下煅燒3h~6h，得到粒徑分別為1μm、2μm、3μm的TiO₂球狀顆粒；

?3)將步驟2）制得的粒徑分別為1μm、2μm、3μm的TiO₂球狀顆粒，分別與松油醇、乙基纖維素、乙醇和鋯珠按質量比為1：3~5：0.3~0.7：20~40：60的比例球磨混合，再經過濾分離出鋯珠和懸蒸分離出乙醇后，得到用于制備半導體薄膜散射層的含1μmTiO₂球狀顆粒的漿料、含2μmTiO₂球狀顆粒的漿料和含3μmTiO₂球狀顆粒的漿料；

4）以商品化TiO₂（P25：德固賽公司生產商品化TiO₂，平均粒徑為25nm）與松油醇、乙基纖維素、乙醇和鋯珠按質量比為1：3~5：0.3~0.7：20~40：60的比例球磨混合，過濾分離出鋯珠并懸蒸分離出乙醇后，得到用于制備半導體薄膜透射層的漿料；