專利名稱：染料敏化太陽(yáng)能電池所用的復(fù)合膜制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜的制備方法，尤其涉及一種染料敏化太陽(yáng)能電池所用的復(fù)合膜制備方法。
背景技術(shù)：
二氧化鈦俗稱“鈦白粉”，是一種重要的白色無(wú)機(jī)涂料，由于其具有優(yōu)越的白度、著色力、遮蓋力、耐候性、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)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(yī)藥和食品等行業(yè)。隨著納米材料的表面效應(yīng)、量子效應(yīng)和宏觀體積效應(yīng)等特殊性能的發(fā)現(xiàn)和闡明，二氧化鈦納米材料的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。二氧化鈦薄膜材料在染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)領(lǐng)域中的應(yīng)用相當(dāng)受關(guān)注。染料敏化太陽(yáng)能電池多由納米二氧化鈦半導(dǎo)體層、染料、電解質(zhì)及對(duì)電極組成，通過(guò)將染料吸附在二氧化鈦薄膜上，太陽(yáng)光激發(fā)染料從基態(tài)變?yōu)檠趸瘧B(tài)，染料失去的一個(gè)電子轉(zhuǎn)移到二氧化鈦導(dǎo)帶上，電子通過(guò)二氧化鈦層傳輸?shù)綄?dǎo)電玻璃層后進(jìn)入外電路。為了提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，要求半導(dǎo)體層能吸附大量的染料分子以增加電子的產(chǎn)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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。實(shí)際應(yīng)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(yùn)行為。制備比表面積大、厚度與致密度可調(diào)、粘附性強(qiáng)、均勻穩(wěn)定的二氧化鈦薄膜有利于調(diào)控染料的吸附及電子的輸運(yùn)，最終加大太陽(yáng)能電池的使用效率和延長(zhǎng)其使用壽命。目前用于太陽(yáng)能電池等器件、產(chǎn)品中的二氧化鈦薄膜主要使用印刷、刀刮、陽(yáng)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(jié)時(shí)粘附性差而從基材上脫落，此類問(wèn)題的克服目前很受關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種染料敏化太陽(yáng)能電池所用的復(fù)合膜制備方法。染料敏化太陽(yáng)能電池所用的復(fù)合膜制備方法的步驟如下
1)超聲波條件下用有機(jī)溶劑和去離子水清洗基材，干燥；
2)將基材放入濺射反應(yīng)室中，加熱，通入反應(yīng)氣體和工作氣體，以金屬鈦為靶材，壓強(qiáng)控制在0. 5 2. OPa，在基材上濺射生長(zhǎng)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(jī)溶劑為丙酮、氯仿、甲醇或乙醇。所述的基材是FTO導(dǎo)電玻璃、ITO導(dǎo)電玻璃、AZO導(dǎo)電玻璃、普通玻璃、陶瓷、金屬、合金、聚乙烯、聚苯乙烯或無(wú)紡布。所述的反應(yīng)氣體是純氧或空氣；工作氣體為氬氣、氮?dú)饣驓鍤夂偷獨(dú)獾幕旌蠚怏w。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(yáng)極氧化法。本發(fā)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(jiǎn)單，聯(lián)合printing, doctor-blading、陽(yáng)極氧化法等制備厚度可控、粘附性強(qiáng)、均勻穩(wěn)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(qiáng)其在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
1)超聲波條件下用丙酮和去離子水清洗FTO導(dǎo)電玻璃基材，干燥；
2)物理氣相沉積反應(yīng)室真空度抽到lX10_3Pa，加熱FTO導(dǎo)電玻璃基材，使FTO導(dǎo)電玻璃基材溫度為20°C，通入反應(yīng)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(yīng)壓強(qiáng)為0.5Pa，濺射電流為0.30A，電壓為500V，在FTO導(dǎo)電玻璃基材上濺射生長(zhǎng)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(qiáng)。實(shí)施例2
1)超聲波條件下用氯仿和去離子水清洗ITO導(dǎo)電玻璃基材，干燥；
2)物理氣相沉積反應(yīng)室真空度抽到9.4X 10_4Pa，加熱ITO導(dǎo)電玻璃基材，使ITO導(dǎo)電玻璃基材溫度為70°C，通入反應(yīng)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(yīng)壓強(qiáng)為1. OPa，濺射電流為0. 35A,電壓為600V，在ITO導(dǎo)電玻璃基材上濺射生長(zhǎng)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(qiáng)。實(shí)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(yīng)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(yīng)氣體氧氣，以金屬鈦為靶材，惰性氣體氮?dú)鉃楣ぷ鳉?，控制反?yīng)壓強(qiáng)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(zhǎng)致密均勻的氧化鈦薄膜， 膜厚IOOnm ；
3)用陽(yáng)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(qiáng)。實(shí)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(yīng)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(yīng)氣體氧氣，以金屬鈦為靶材，惰性氣體氮?dú)夂蜌鍤饣旌蠚怏w為工作氣，控制反應(yīng)壓強(qiáng)為1.5Pa，濺射電流為0. 12A，電壓為250V，在陶瓷基材上濺射生長(zhǎng)致密均勻的氧化鈦薄膜，膜厚30nm;
3 )用陽(yáng)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(qiáng)。實(shí)施例5
1)超聲波條件下用乙醇、氯仿和去離子水清洗無(wú)紡布基材，干燥；
2)物理氣相沉積反應(yīng)室真空度抽到7.4X IO-4Pa,加熱無(wú)紡布基材，使無(wú)紡布基材溫度為50°C，通入反應(yīng)氣體空氣，以金屬鈦為靶材，惰性氣體氮?dú)夂蜌鍤饣旌蠚怏w為工作氣，控制反應(yīng)壓強(qiáng)為0.8Pa，減射電流為0.22A，電壓為350V，在無(wú)紡布基材上減射生長(zhǎng)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(qiáng)。
權(quán)利要求
1.一種染料敏化太陽(yáng)能電池所用的復(fù)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(jī)溶劑和去離子水清洗基材，干燥；2)將基材放入濺射反應(yīng)室中，加熱，通入反應(yīng)氣體和工作氣體，以金屬鈦為靶材，壓強(qiáng)控制在0. 5 2. OPa，在基材上濺射生長(zhǎng)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(quán)利要求1所述的一種染料敏化太陽(yáng)能電池所用的復(fù)合膜制備方法，其特征在于所述的有機(jī)溶劑為丙酮、氯仿、甲醇或乙醇。
3.如權(quán)利要求1所述的一種染料敏化太陽(yáng)能電池所用的復(fù)合膜制備方法，其特征在于所述的基材是FTO導(dǎo)電玻璃、ITO導(dǎo)電玻璃、AZO導(dǎo)電玻璃、普通玻璃、陶瓷、金屬、合金、聚乙烯、聚苯乙烯或無(wú)紡布。
4.如權(quán)利要求1所述的一種染料敏化太陽(yáng)能電池所用的復(fù)合膜制備方法，其特征在于所述的反應(yīng)氣體是純氧或空氣；工作氣體為氬氣、氮?dú)饣驓鍤夂偷獨(dú)獾幕旌蠚怏w。
5.如權(quán)利要求1所述的一種染料敏化太陽(yáng)能電池所用的復(fù)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(yáng)極氧化法。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種染料敏化太陽(yáng)能電池所用的復(fù)合膜制備方法。它的步驟如下1)超聲波條件下用有機(jī)溶劑和去離子水清洗基材，干燥；2)將基材放入濺射反應(yīng)室中，加熱，通入反應(yīng)氣體和工作氣體，以金屬鈦為靶材，壓強(qiáng)控制在0.5～2.0Pa，在基材上濺射生長(zhǎng)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(fā)明在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)染料敏化太陽(yáng)能電池中具有廣泛的應(yīng)用，不僅容易控制產(chǎn)品的質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，而且能夠得到更加均勻、粘附力更強(qiáng)的染料敏化太陽(yáng)能電池。
文檔編號(hào)H01G9/04GK102157264SQ201110028359
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者丁靚, 吳韜, 方燕翎 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)