專利名稱：太陽能電池中的多孔氧化鋅薄膜的制備裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明提出一種太陽能電池中的多孔氧化鋅薄膜的新制備方法，可以用于敏化太 陽能電池。
背景技術：
隨著全球人口的增長和經濟的快速發(fā)展，能源緊張和環(huán)境污染問題日益緊張。目 前，制約太陽能電池市場化應用的關鍵在于提高太陽能電池的轉換效率和降低其成本。而 染料敏化太陽能電池在制作工藝方面簡單，其成本低廉。同時由于量子點具有量子尺寸效 應，可以通過調控量子點的大小，使太陽能電池吸收特定波長范圍的光子，所以量子點敏化 太陽能電池在理論上講具有更高的應用價值。敏化太陽能電池最主要的部分為光陽極，即在導電玻璃上生長一層1-10微米厚 的氧化物薄膜。其中常見的光陽極的氧化物薄膜為二氧化鈦，氧化鋅。光陽極的制備方法 有很多種，如陽極氧化法，水熱法，磁控濺射法等。其中水熱法為常見的制備方法但是這些 光陽極的制備方法存在很多缺點，如陽極氧化法制備的光陽極太陽能效率不高，薄膜力學 性能不好，容易破裂；磁控濺射制備的薄膜太致密，不能夠很好的吸收量子點或者染料。鑒 于這些原因，本發(fā)明旨在解決這些缺陷，為太陽能電池產業(yè)的發(fā)展做出一定的貢獻。

發(fā)明內容
技術問題本發(fā)明提出了一種太陽能電池中的多孔氧化鋅薄膜的制備裝置及方 法。使用本裝置及方法在導電薄膜上制備的氧化鋅薄膜具有多孔性和結晶態(tài)，力學性能 好，性能穩(wěn)定。能夠很好應用于敏化太陽能電池的制備中，從而有效的減化了敏化太陽能 電池的制備工藝，并且降低了敏化太陽能電池的制備成本。應用此種方法制備的氧化鋅薄 膜——光陽極的敏化太陽能電池具有很高的光電轉換效率。技術方案為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的技術方案為一種太陽能電池中 的多孔氧化鋅薄膜的制備裝置，該裝置包括真空室、分別與該真空室相連的用于向該真空 室注入氬氣的高壓氬氣瓶和用于控制從所述真空室抽出氣體流量的分子泵、放置在真空室 內底部的鉭爐和放置在真空室內上部的導電玻璃、放置在鉭爐內的氮化硼坩堝，氧化鋅放 置在氮化硼坩堝內，鉭爐兩端鏈接電源。本發(fā)明還提供了一種太陽能電池中的多孔氧化鋅薄膜 的制備方法，該方法包括如下步驟首先將真空室中真空度抽至
5 XlCT5帕，再通過高壓氬氣瓶向真空室中充入氬氣，再調節(jié)分子泵抽出氣體流量，進而穩(wěn)
定真空室中的真空度為5帕；再通過電壓源，緩慢的在鉭爐兩端加上直流電流，這樣就會使 氮化硼坩堝中氧化鋅蒸發(fā)至導電玻璃，然后導電玻璃上就會形成一層氧化鋅薄膜；再對形 成的氧化鋅薄膜進行溫度為450度的烘烤，就可以得到能夠應用于太陽能電池多孔氧化鋅薄膜。優(yōu)選的，高壓氬氣瓶以8毫升每分的速率向真空室中沖入氬氣；在鉭爐兩端加上165安培的直流電流；在導電玻璃上形成一層10微米厚多孔的氧化鋅薄膜。有益效果
1)太陽能制作成本減少，制作工藝簡單；
2)此種方法制備的薄膜力學性質穩(wěn)定，壽命長；
3)此種方法制備的薄膜具有明顯的孔隙，即薄膜的比表面積更大。


圖1為本發(fā)明的蒸發(fā)裝置圖2為量子點敏化太陽能電池的結構圖； 圖3為吸附前后氧化鋅薄膜吸收率的對比圖； 圖4為氧化鋅薄膜烘烤前的電子衍射圖 圖5為氧化鋅薄膜烘烤后的電子衍射圖； 圖6為此種發(fā)明制備的敏化太陽能電池的光伏曲線； 圖7為太陽能電池的測試電路圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明。參見圖1 一 7，本發(fā)明提供的太陽能電池中的多孔氧化鋅薄膜的制備裝置，包括真 空室4、分別與該真空室4相連的用于向該真空室注入氬氣的高壓氬氣瓶6和用于控制從 所述真空室4抽出氣體流量的分子泵5、放置在真空室4內底部的鉭爐1和放置在真空室4 內上部的導電玻璃3、放置在鉭爐1內的氮化硼坩堝2，氧化鋅放置在氮化硼坩堝2內，鉭爐 1兩端施加電壓源。本發(fā)明應用于敏化太陽能電池的多孔氧化鋅薄膜制備方法是這樣實現(xiàn)的首先選 用鉭爐和氮化硼坩堝做為蒸發(fā)器材，在鉭爐兩端施加的165安培的直流電，當電流穩(wěn)定時 鉭爐中的蒸發(fā)溫度1300度左右，其蒸發(fā)的材料為顆粒狀的氧化鋅。運用此種發(fā)明的方法， 在導電玻璃上運用本發(fā)明中蒸鍍方法蒸鍍一層10微米左右厚的氧化鋅薄膜。運用10%濃 度的巰基乙酸浸泡氧化鋅薄膜，然后吸附一定量的硒化鎘量子點，硒化鎘量子點為膠體量 子點。其封裝的電解液為0. 5毫摩爾每升的碘和0. 5毫摩爾每升碘化鋰乙磧溶液，而在上 面的封裝的電極為鉬片電極。本發(fā)明提供的太陽能電池中的多孔氧化鋅薄膜的制備方法，包括如下步驟首先
薄膜制備裝置將真空室4中真空度抽至5 χ ICT5帕，再通過高壓氬氣瓶6以一定的速率(本
裝置中為8毫升每分)向真空室4中充入氬氣，再調節(jié)分子泵5抽出氣體流量，進而穩(wěn)定真 空室4中的真空度為5帕；再通過電流源，緩慢的在鉭爐1兩端加上一定的直流電流(本裝 置中鉭爐(1)兩端的電壓為2. 5伏左右，直流電流為165安培)，這樣就會使氮化硼坩堝2中 氧化鋅蒸發(fā)至導電玻璃3，5分鐘后在導電玻璃4上就會形成一層大約10微米厚多孔的氧 化鋅薄膜；再對形成的氧化鋅薄膜進行溫度為450度的烘烤，就可以得到能夠應用于太陽 能電池多孔氧化鋅薄膜。此種方法通過控制真空室4真空度來制備具有多孔性的氧化鋅薄膜。當真空度減低時，在蒸鍍過程中其薄膜孔隙會明顯增加。當由于薄膜是多孔的，所以此種薄膜可以吸附 染料和量子點，進而可以很好的應用于敏化太陽能電池中。圖3中可以看出多孔氧化鋅薄 膜吸附量子點前后的顏色的變化，可以證明此種氧化鋅薄膜為多孔性，并且能夠吸附染料 或者量子點。此種方法制備的氧化鋅薄膜可以應用于敏化太陽能電池中。在含有一層導電層7 的玻璃基板上8，運用此種方法制備蒸鍍一層10微米的多孔氧化鋅薄膜9，再使薄膜中吸附 染料或者量子點，作為電池的光陽極；再在上層封裝一層含有電解液的鉬片10，做為電池 的光陰極。此蒸發(fā)核心裝置為鉭爐1。由于鉭這種材料熔點非常高，所以鉭爐可以很好的作為 氧化鋅的熱蒸發(fā)裝置。運用此種方法，在導電玻璃上運用本發(fā)明中蒸鍍方法蒸鍍一層10微米左右厚的 氧化鋅薄膜，并運用450度烘烤。從圖4，圖5可以看出，經過烘烤之后的氧化鋅薄膜的結 晶度更好。在把制備完成的氧化鋅薄膜浸沒在含有濃度為1%的巰基乙酸的乙磧溶液中，并 且放置12小時。取出后，放入5%左右濃度的硒化鎘量子點的甲苯溶液，放置M小時取出。 這樣就可以得到吸附完硒化鎘量子點的敏化太陽能電池的光陽極。再按照圖2量子點敏化太陽能電池的結構圖封裝電解液和鉬電極。先用封裝膠把 鉬電極與光陽極連接起來，中間留有一點空隙，在滴入電解液。在太陽能電池的測試之中， 采用的是自搭光路和測試電路。其中光源533納米波長的氦氖半導體激光器，其功率為1 毫瓦。在圖7，通過光源照射太陽能電池，獲得光伏效應。不斷改變右邊的可變電壓的電壓 值，讀出電壓表和電流表值，就可以得到圖6的太陽能電池的電流電壓的圖形。根據(jù)圖6可 以看出其光伏轉換效率為0.83%左右。這符合量子點太陽能電池的目前效率特征。
權利要求
1.一種太陽能電池中的多孔氧化鋅薄膜的制備裝置，其特征在于該裝置包括真空室 (4)、分別與該真空室(4)相連的用于向該真空室注入氬氣的高壓氬氣瓶(6)和用于控制從 所述真空室(4)抽出氣體流量的分子泵(5)、放置在真空室(4)內底部的鉭爐(1)和放置在 真空室(4)內上部的導電玻璃(3)、放置在鉭爐(1)內的氮化硼坩堝(2)，氧化鋅放置在氮化 硼坩堝(2)內，鉭爐(1)兩端鏈接電源。
2.—種太陽能電池中的多孔氧化鋅薄膜的制備方法，其特 征在于該方法包括如下步驟首先將真空室(4)中真空度抽至 5x〗0_5帕，再通過高壓氬氣瓶(6)向真空室(4)中充入氬氣，再調節(jié)分子泵(5)抽出氣體流 量，進而穩(wěn)定真空室(4)中的真空度為5帕；再通過電壓源，緩慢的在鉭爐(1)兩端加上直 流電流，這樣就會使氮化硼坩堝(2)中氧化鋅蒸發(fā)至導電玻璃(3)，然后導電玻璃(3)上就 會形成一層氧化鋅薄膜；再對形成的氧化鋅薄膜進行溫度為450度的烘烤，就可以得到能 夠應用于太陽能電池多孔氧化鋅薄膜。
3.根據(jù)權利要求2所述的太陽能電池中的多孔氧化鋅薄膜的制備方法，其特征在于 高壓氬氣瓶(6)以8毫升/每分的速率向真空室(4)中沖入氬氣；在鉭爐(1)兩端加上165 安培的直流電流；在導電玻璃(3)上形成一層10微米厚多孔的氧化鋅薄膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能電池中的多孔氧化鋅薄膜的制備裝置和方法。該裝置包括真空室(4)、分別與該真空室(4)相連的用于向該真空室注入氬氣的高壓氬氣瓶(6)和用于控制從所述真空室(4)抽出氣體流量的分子泵(5)、放置在真空室(4)內底部的鉭爐(1)和放置在真空室(4)內上部的導電玻璃(3)、放置在鉭爐(1)內的氮化硼坩堝(2)，氧化鋅放置在氮化硼坩堝(2)內，鉭爐(1)兩端施加電壓源。本發(fā)明提供的裝置和方法可以簡化敏化太陽能電池的制備工藝和減少制備成本，提高敏化太陽能電池的性能，為敏化太陽能電池的進一步商業(yè)化的提供了有利的促進。
文檔編號H01L51/48GK102074372SQ20111000369
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月10日 優(yōu)先權日2011年1月10日
發(fā)明者張家雨, 張暉朝, 李君勁, 管秋梅 申請人:東南大學