專利名稱：染料敏化太陽能電池所用的復合膜制備方法
技術領域：
本發明涉及薄膜的制備方法，尤其涉及一種染料敏化太陽能電池所用的復合膜制備方法。
背景技術：
二氧化鈦俗稱“鈦白粉”，是一種重要的白色無機涂料，由于其具有優越的白度、著色力、遮蓋力、耐候性、耐熱性、化學穩定性以及安全性，被廣泛用于涂料、塑料、橡膠、油墨、 紙張、化纖、陶瓷、日化、醫藥和食品等行業。隨著納米材料的表面效應、量子效應和宏觀體積效應等特殊性能的發現和闡明，二氧化鈦納米材料的應用領域不斷擴大。二氧化鈦薄膜材料在染料敏化太陽能電池(DSSC)領域中的應用相當受關注。染料敏化太陽能電池多由納米二氧化鈦半導體層、染料、電解質及對電極組成，通過將染料吸附在二氧化鈦薄膜上，太陽光激發染料從基態變為氧化態，染料失去的一個電子轉移到二氧化鈦導帶上，電子通過二氧化鈦層傳輸到導電玻璃層后進入外電路。為了提高太陽能電池的光電轉換效率，要求半導體層能吸附大量的染料分子以增加電子的產生量，因而分散度高、分布均勻、比表面積大的二氧化鈦薄膜層更具競爭優勢。實際應用中，二氧化鈦吸附染料的多少將直接影響到外電路電流的大小，而二氧化鈦層的厚度、致密性以及粘附性也將影響到電子的輸運行為。制備比表面積大、厚度與致密度可調、粘附性強、均勻穩定的二氧化鈦薄膜有利于調控染料的吸附及電子的輸運，最終加大太陽能電池的使用效率和延長其使用壽命。目前用于太陽能電池等器件、產品中的二氧化鈦薄膜主要使用印刷、刀刮、陽極氧化等方法制備。但是這些方法在制備大面積的DSSC中遇到很大的困難，制得的二氧化鈦薄膜容易碎裂且燒結時粘附性差而從基材上脫落，此類問題的克服目前很受關注。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種染料敏化太陽能電池所用的復合膜制備方法。染料敏化太陽能電池所用的復合膜制備方法的步驟如下
1)超聲波條件下用有機溶劑和去離子水清洗基材，干燥；
2)將基材放入濺射反應室中，加熱，通入反應氣體和工作氣體，以金屬鈦為靶材，壓強控制在0. 5 2. OPa，在基材上濺射生長氧化鈦，得到致密均勻的氧化鈦薄膜；
3)在致密均勻的氧化鈦薄膜上鋪展二氧化鈦顆粒層。所述的有機溶劑為丙酮、氯仿、甲醇或乙醇。所述的基材是FTO導電玻璃、ITO導電玻璃、AZO導電玻璃、普通玻璃、陶瓷、金屬、合金、聚乙烯、聚苯乙烯或無紡布。所述的反應氣體是純氧或空氣；工作氣體為氬氣、氮氣或氬氣和氮氣的混合氣體。所述的在氧化鈦薄膜上鋪展二氧化鈦層的方法是印刷法、刀刮法或陽極氧化法。本發明采用物理氣相沉積法制備二氧化鈦致密、均勻薄膜工藝簡單，聯合printing, doctor-blading、陽極氧化法等制備厚度可控、粘附性強、均勻穩定的二氧化鈦薄膜，可以拓寬二氧化鈦薄膜的使用范圍，增強其在染料敏化太陽能電池中的應用。
具體實施例方式實施例1
1)超聲波條件下用丙酮和去離子水清洗FTO導電玻璃基材，干燥；
2)物理氣相沉積反應室真空度抽到lX10_3Pa，加熱FTO導電玻璃基材，使FTO導電玻璃基材溫度為20°C，通入反應氣體氧氣，以金屬鈦為靶材，惰性氣體氬氣為工作氣，控制反應壓強為0.5Pa，濺射電流為0.30A，電壓為500V，在FTO導電玻璃基材上濺射生長致密均勻的氧化鈦薄膜，膜厚6nm;
3)將二氧化鈦漿料用印刷法(print)鋪展在致密均勻的氧化鈦薄膜上。所得的二氧化鈦膜鋪展均勻，附著力強。實施例2
1)超聲波條件下用氯仿和去離子水清洗ITO導電玻璃基材，干燥；
2)物理氣相沉積反應室真空度抽到9.4X 10_4Pa，加熱ITO導電玻璃基材，使ITO導電玻璃基材溫度為70°C，通入反應氣體空氣，以金屬鈦為靶材，惰性氣體氬氣為工作氣，控制反應壓強為1. OPa，濺射電流為0. 35A,電壓為600V，在ITO導電玻璃基材上濺射生長致密均勻的氧化鈦薄膜，膜厚20nm;
3)將二氧化鈦漿料用刀刮法(doctor-blading)鋪展在致密均勻的氧化鈦薄膜上。所得的二氧化鈦膜鋪展均勻，附著力強。實施例3
1)超聲波條件下用甲醇、丙酮和去離子水清洗聚乙烯基材，干燥；
2)物理氣相沉積反應室真空度抽到3.2X10_3Pa，加熱聚乙烯基材，使聚乙烯基材溫度為250°C，通入反應氣體氧氣，以金屬鈦為靶材，惰性氣體氮氣為工作氣，控制反應壓強為 2.0 3，濺射電流為0.30、電壓為450V，在聚乙烯基材上濺射生長致密均勻的氧化鈦薄膜， 膜厚IOOnm ；
3)用陽極氧化法將二氧化鈦顆粒鋪展在致密均勻的氧化鈦薄膜上。所得的二氧化鈦膜鋪展均勻，附著力強。實施例4
1)超聲波條件下用乙醇和去離子水清洗陶瓷基材，干燥；
2)物理氣相沉積反應室真空度抽到4.2X10_3Pa，加熱陶瓷基材，使陶瓷基材溫度為 100°C，通入反應氣體氧氣，以金屬鈦為靶材，惰性氣體氮氣和氬氣混合氣體為工作氣，控制反應壓強為1.5Pa，濺射電流為0. 12A，電壓為250V，在陶瓷基材上濺射生長致密均勻的氧化鈦薄膜，膜厚30nm;
3 )用陽極氧化法將二氧化鈦顆粒鋪展在致密均勻的氧化鈦薄膜上。所得的二氧化鈦膜鋪展均勻，附著力強。實施例5
1)超聲波條件下用乙醇、氯仿和去離子水清洗無紡布基材，干燥；
2)物理氣相沉積反應室真空度抽到7.4X IO-4Pa,加熱無紡布基材，使無紡布基材溫度為50°C，通入反應氣體空氣，以金屬鈦為靶材，惰性氣體氮氣和氬氣混合氣體為工作氣，控制反應壓強為0.8Pa，減射電流為0.22A，電壓為350V，在無紡布基材上減射生長致密均勻的氧化鈦薄膜，膜厚80nm ；
3)用刀刮法將二氧化鈦顆粒鋪展在致密均勻的氧化鈦薄膜上。所得的二氧化鈦膜鋪展均勻，附著力強。
權利要求
1.一種染料敏化太陽能電池所用的復合膜制備方法，其特征在于它的步驟如下1)超聲波條件下用有機溶劑和去離子水清洗基材，干燥；2)將基材放入濺射反應室中，加熱，通入反應氣體和工作氣體，以金屬鈦為靶材，壓強控制在0. 5 2. OPa，在基材上濺射生長氧化鈦，得到致密均勻的氧化鈦薄膜；3)在致密均勻的氧化鈦薄膜上鋪展二氧化鈦顆粒層。
2.如權利要求1所述的一種染料敏化太陽能電池所用的復合膜制備方法，其特征在于所述的有機溶劑為丙酮、氯仿、甲醇或乙醇。
3.如權利要求1所述的一種染料敏化太陽能電池所用的復合膜制備方法，其特征在于所述的基材是FTO導電玻璃、ITO導電玻璃、AZO導電玻璃、普通玻璃、陶瓷、金屬、合金、聚乙烯、聚苯乙烯或無紡布。
4.如權利要求1所述的一種染料敏化太陽能電池所用的復合膜制備方法，其特征在于所述的反應氣體是純氧或空氣；工作氣體為氬氣、氮氣或氬氣和氮氣的混合氣體。
5.如權利要求1所述的一種染料敏化太陽能電池所用的復合膜制備方法，其特征在于所述的在氧化鈦薄膜上鋪展二氧化鈦層的方法是印刷法、刀刮法或陽極氧化法。
全文摘要
本發明公開了一種染料敏化太陽能電池所用的復合膜制備方法。它的步驟如下1)超聲波條件下用有機溶劑和去離子水清洗基材，干燥；2)將基材放入濺射反應室中，加熱，通入反應氣體和工作氣體，以金屬鈦為靶材，壓強控制在0.5～2.0Pa，在基材上濺射生長氧化鈦，得到致密均勻的氧化鈦薄膜；3)在致密均勻的氧化鈦薄膜上鋪展二氧化鈦顆粒層。本發明在大規模工業化生產染料敏化太陽能電池中具有廣泛的應用，不僅容易控制產品的質量，降低生產成本，而且能夠得到更加均勻、粘附力更強的染料敏化太陽能電池。
文檔編號H01G9/04GK102157264SQ201110028359
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月26日 優先權日2011年1月26日
發明者丁靚, 吳韜, 方燕翎 申請人:浙江大學