專利名稱：用于納米晶太陽能電池的二氧化鈦薄膜制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種新的二氧化碳薄膜的制備方法，屬于新材料技術(shù)以及新能源技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
太陽能是一種清潔、高效和永不衰竭的能源，對人類來說研究利用太陽能是最現(xiàn)實的。1991年,瑞士洛桑工學院Gritzel納米晶太陽能電池(Dye Sensitized Solar Cell,簡稱DSSC)以較低的成本，為太陽能的利用提供了一條新的途徑。這種電池的最大優(yōu)點是其成本只有傳統(tǒng)硅太陽能電池的1/10，且制作工藝簡單。 染料敏化太陽能電池由于制作方法簡單，成本低廉，轉(zhuǎn)換效率較高成為硅晶太陽能電池的有利競爭者，引起廣泛的關注和研究。制備高性能的二氧化碳薄膜是提高電池光電轉(zhuǎn)換效率的關鍵，同時簡化制備工藝也是降低成本和走向產(chǎn)業(yè)化的重要前提。水熱法制備二氧化碳顆粒，具有晶粒發(fā)育完整、晶粒粒徑小且分布均勻、無團聚、不需要煅燒過程等特點，受到廣大研究者的青睞。水熱反應完成后，二氧化鈦干燥容易造成團聚現(xiàn)象，影響薄膜的質(zhì)量，這對納米晶太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的提高是不利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種簡單有效的納米晶太陽能電池用的二氧化鈦薄膜制備方法，此方法制備的二氧化鈦顆粒通過洗滌直接制備成漿料，避免了二氧化鈦顆粒在干燥過程中發(fā)生團聚現(xiàn)象，制備出的漿料不需要輥軋，可直接用于工業(yè)化生產(chǎn)。這一方法簡化制備工藝，降低了納米晶太陽能電池的生產(chǎn)成本。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的。得到用于納米晶太陽能電池的二氧化鈦薄膜制備方法，其技術(shù)解決方案為用于納米晶太陽能電池的二氧化鈦薄膜制備方法，通過如下步驟實現(xiàn)第一步，配制二氧化鈦前驅(qū)體，進行水熱反應；第二步，洗滌二氧化鈦顆粒；第三步，按5%質(zhì)量比將高分子有機物溶于有機溶劑，并加入一定量的添加劑；第四步，將第三步和第二步制備的溶液按比例混合，超聲分散使有機載體和二氧化鈦顆粒充分混合；第五步，旋蒸除去混合溶液中多余酒精，得到二氧化鈦漿料；第六步，將得到漿料用絲網(wǎng)印刷機印刷到導電玻璃表面，干燥后置于烘箱中烘干，重復印刷、烘干直至達到所需的膜厚要求后，置于焙燒爐中燒結(jié)，即得到用于納米晶太陽能電池的二氧化鈦薄膜。所述的前驅(qū)體通過如下步驟實現(xiàn)第一步在磁力攪拌情況下，將醋酸逐滴加入到異丙醇鈦中，醋酸和異丙醇鈦的體積比為I :3-1 :5之間；
第二步將第一步所得的混合溶液緩慢倒入去離子水中，攪拌1-1. 5小時，去離子水和醋酸的體積比為23:1;第三步滴加一定酸，使pH值在1-3之間，升溫至70-80°C，攪拌反應60-90分鐘，自然冷卻即得二氧化鈦前軀體。所述的酸為硝酸、硫酸中的一種，或者為兩者混合物；所述的水熱反應溶液體積不得超過反應釜體積的80%，水熱溫度為210_250°C，反應時間為6-12小時。所述的洗滌方式為靜置洗滌。所述的高分子有機物為乙基纖維素或聚乙二醇中一種。所述的有機溶劑為無水乙醇。
所述的添加劑為松油醇、硝酸、乙酰丙酮和曲拉通。所述高分子有機物和添加劑的添加量按照高分子有機物的有機溶液、松油醇、硝酸、乙酰丙酮、曲拉通分別占異丙醇鈦質(zhì)量比的1/6、1/1、1/10、1/10、1/10。所述將得到漿料用絲網(wǎng)印刷到導電玻璃表面，干燥后置于烘箱中于80°C -130°C烘干半小時，重復印刷、再干燥直至達到所需的膜厚8-14μπι后，置于焙燒爐中4500C -500。。燒結(jié) 1-3 小時。由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明的優(yōu)點在于，本發(fā)明通過將水熱法制備的二氧化鈦洗滌，通過添加有機載體和添加劑直接制備成漿料，可直接通過絲網(wǎng)印刷制備成二氧化鈦薄膜，后經(jīng)高溫燒結(jié)后可獲得高性能的用于納米晶太陽能電池的二氧化鈦薄膜。水熱法制備出的二氧化鈦顆粒通洗滌直接制備成漿料，避免了二氧化鈦顆粒在干燥過程中發(fā)生團聚現(xiàn)象，制備出的漿料不需要輥軋，可直接用于工業(yè)化生產(chǎn)。因此這一制備技術(shù)在制備二氧化鈦薄膜方面具有很大優(yōu)勢。通過本發(fā)明制備的二氧化鈦薄膜，簡化制造工藝，降低了制造成本，縮短了制造周期，可提高電池光電轉(zhuǎn)換效率。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。實施例I在磁力攪拌情況下，將一定量醋酸逐滴加入到異丙醇鈦中，反應15min。將混合液緩慢倒入去離子水中，產(chǎn)生大量絮狀物。醋酸、異丙醇鈦、去離子水的體積比為I :3 :23。攪拌lh，然后邊攪拌邊滴加一定量硝酸，使溶液pH值達到I。然后升溫至78°C并在該溫度下攪拌反應75min然后自然冷卻即得到反應用的二氧化鈦前驅(qū)體；將前面得到前驅(qū)體轉(zhuǎn)移至水熱釜中，水熱反應溶液體積為反應釜體積的80%，密閉后于210°C水熱反應6h后自然冷卻降溫后取出二氧化鈦顆粒；靜置洗滌干凈后，加入乙基纖維素的酒精溶液(O. 05g/ml)，并加入松油醇、硝酸、乙酰丙酮和曲拉通。其中乙基纖維素、松油醇、硝酸、乙酰丙酮、曲拉通分別占異丙醇鈦質(zhì)量的1/6、1/1、1/10、1/10、1/10。然后超聲處理3次，2min/次，最后旋蒸除去酒精，最后經(jīng)輥軋三次后得到適合絲網(wǎng)印刷的二氧化鈦漿料。采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將二氧化鈦顆粒印刷到導電玻璃基板上，干燥后置于烘箱中于100°C烘干半小時，重復印刷、干燥直至達到所需的膜厚8 μ m要求，后置于焙燒爐中450°C燒結(jié)2小時，即得到用于納米晶太陽能電池的二氧化鈦薄膜。實施例2在磁力攪拌情況下，將一定量醋酸逐滴加入到異丙醇鈦中，反應15min。將混合液緩慢倒入去離子水中，產(chǎn)生大量絮狀物。醋酸、異丙醇鈦、去離子水的體積比為I :4 :23。攪拌lh，然后邊攪拌邊滴加一定量硫酸，使溶液pH值達到2。然后升溫至80°C并在該溫度下攪拌反應60min然后自然冷卻即得到反應用的二氧化鈦前驅(qū)體；將前面得到前驅(qū)體轉(zhuǎn)移至水熱爸中，水熱反應溶液體積為反應爸體積的75%,密閉后于250°C水熱反應12h后自然冷卻降溫后取出二氧化鈦顆粒；靜置洗滌干凈后，加入乙基纖維素的酒精溶液(O. 05g/ml)、松油醇、硝酸、乙酰丙酮、曲拉通。其中乙基纖維素、松油醇、硝 酸、乙酰丙酮、曲拉通分別占異丙醇鈦質(zhì)量的1/6、1/1、1/10、1/10、1/10。然后超聲處理3次，2min/次，最后旋蒸除去酒精，最后經(jīng)輥軋三次后得到適合絲網(wǎng)印刷的二氧化鈦漿料。采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將二氧化鈦顆粒印刷到導電玻璃基板上，干燥后置于烘箱中于80°C烘干半小時，重復印刷、烘干直至達到所需的膜厚10 μ m要求，后置于焙燒爐中500°C燒結(jié)I小時，即得到用于納米晶太陽能電池的二氧化鈦薄膜。實施例3在磁力攪拌情況下，將一定量醋酸逐滴加入到異丙醇鈦中，反應15min。將混合液緩慢倒入去離子水中，產(chǎn)生大量絮狀物。醋酸、異丙醇鈦、去離子水的體積比為I :5 :23。攪拌I. 5h，然后邊攪拌邊滴加一定量硝酸和硫酸的混合液，使溶液pH值達到3。然后升溫至70°C并在該溫度下攪拌反應90min然后自然冷卻即得到反應用的二氧化鈦前驅(qū)體；將前面得到前驅(qū)體轉(zhuǎn)移至水熱釜中，水熱反應溶液體積為反應釜體積的70%，密閉后于230°C水熱反應8h后自然冷卻降溫后取出二氧化鈦顆粒；靜置洗滌干凈后，加入聚乙二醇的酒精溶液(O. 05g/ml)、松油醇、硝酸、乙酰丙酮、曲拉通。其中聚乙二醇、松油醇、硝酸、乙酰丙酮、曲拉通分別占異丙醇鈦質(zhì)量的1/6、1/1、1/10、1/10、1/10。然后超聲處理3次，2min/次，最后旋蒸除去酒精，最后經(jīng)輥軋三次后得到適合絲網(wǎng)印刷的二氧化鈦漿料。采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將二氧化鈦顆粒印刷到導電玻璃基板上，干燥后置于烘箱中于130°C烘干半小時，重復印刷、烘干直至達到所需的膜厚14 μ m要求，后置于焙燒爐中470°C燒結(jié)3小時，即得到用于納米晶太陽能電池的二氧化鈦薄膜。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關技術(shù)領域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變形，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍因由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.用于納米晶太陽能電池的二氧化鈦薄膜制備方法，其特征在于通過如下步驟實現(xiàn) 第一步，配制二氧化鈦前驅(qū)體，進行水熱反應； 第二步，洗滌二氧化鈦顆粒； 第三步，按5%質(zhì)量比將高分子有機物溶于有機溶劑，并加入一定量的添加劑； 第四步，將第三步和第二步制備的溶液按比例混合，超聲分散使有機載體和二氧化鈦顆粒充分混合； 第五步，旋蒸除去混合溶液中多余酒精，得到二氧化鈦漿料； 第六步，將得到漿料用絲網(wǎng)印刷機印刷到導電玻璃表面，干燥后置于烘箱中烘干，重復印刷、烘干直至達到所需的膜厚要求后，置于焙燒爐中燒結(jié)，即得到用于納米晶太陽能電池的二氧化鈦薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于納米晶太陽能電池的二氧化鈦薄膜制備方法，其特征在于所述的前驅(qū)體通過如下步驟實現(xiàn) 第一步將醋酸逐滴加入到異丙醇鈦中，醋酸和異丙醇鈦的體積比為I :3-1 :5之間； 第二步將第一步所得的混合溶液緩慢倒入去離子水中，攪拌1-1. 5小時，去離子水和醋酸的體積比為23:1; 第三步滴加一定酸，使pH值在1-3之間，升溫至70-80°C，攪拌反應60-90分鐘，自然冷卻即得二氧化鈦前軀體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于納米晶太陽能電池的二氧化鈦薄膜制備方法，其特征在于所述的酸為硝酸、硫酸中的一種，或者為兩者混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于納米晶太陽能電池的二氧化鈦薄膜制備方法，其特征在于所述的水熱反應溶液體積不得超過反應釜體積的80%，水熱溫度為210-250°C，反應時間為6-12小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于納米晶太陽能電池的二氧化鈦薄膜制備方法，其特征在于所述的洗滌方式為靜置洗滌。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于納米晶太陽能電池的二氧化鈦薄膜制備方法，其特征在于所述的高分子有機物為乙基纖維素或聚乙二醇中一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于納米晶太陽能電池的二氧化鈦薄膜制備方法，其特征在于所述的有機溶劑為無水乙醇。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于納米晶太陽能電池的二氧化鈦薄膜制備方法，其特征在于所述的添加劑為松油醇、硝酸、乙酰丙酮和曲拉通。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、6或8所述的用于納米晶太陽能電池的二氧化鈦薄膜制備方法，其特征在于所述高分子有機物和添加劑的添加量按照高分子有機物的有機溶液、松油醇、硝酸、乙酰丙酮、曲拉通分別占異丙醇鈦質(zhì)量比的1/6、1/1、1/10、1/10、1/10。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于納米晶太陽能電池的二氧化鈦薄膜制備方法，其特征在于所述將得到漿料用絲網(wǎng)印刷到導電玻璃表面，干燥后置于烘箱中于80°c -130°c烘干半小時,重復印刷、再干燥直至達到所需的膜厚8-14 μ m后，置于焙燒爐中450°C -500°C燒結(jié)1-3小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于納米晶太陽能電池的二氧化鈦薄膜制備方法，包括配制二氧化鈦前驅(qū)體，進行水熱反應；洗滌二氧化鈦顆粒；將高分子有機物溶于有機溶劑，并加入添加劑；將制備的溶液混合，超聲分散；旋蒸除去有機溶劑，得到二氧化鈦漿料；將得到漿料絲網(wǎng)印刷到導電玻璃表面，烘干，直至達到所需膜，后燒結(jié)，即得用于納米晶太陽能電池的二氧化鈦薄膜。通過此方法制備的二氧化鈦顆粒通過洗滌直接制備成漿料，避免了二氧化鈦顆粒在干燥過程中發(fā)生團聚現(xiàn)象，制備出的漿料不需要輥軋，可直接用于工業(yè)化生產(chǎn)。這一方法簡化制備工藝，降低了納米晶太陽能電池的生產(chǎn)成本。
文檔編號H01G9/20GK102903536SQ20121037201
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者張輝 申請人:彩虹集團公司