专利名称：用于纳米晶太阳能电池的二氧化钛薄膜制备方法
技术领域：
本发明涉及一种新的二氧化碳薄膜的制备方法，属于新材料技术以及新能源技术领域。
背景技术：
太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的能源，对人类来说研究利用太阳能是最现实的。1991年,瑞士洛桑工学院Gritzel纳米晶太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cell,简称DSSC)以较低的成本，为太阳能的利用提供了一条新的途径。这种电池的最大优点是其成本只有传统硅太阳能电池的1/10，且制作工艺简单。 染料敏化太阳能电池由于制作方法简单，成本低廉，转换效率较高成为硅晶太阳能电池的有利竞争者，引起广泛的关注和研究。制备高性能的二氧化碳薄膜是提高电池光电转换效率的关键，同时简化制备工艺也是降低成本和走向产业化的重要前提。水热法制备二氧化碳颗粒，具有晶粒发育完整、晶粒粒径小且分布均匀、无团聚、不需要煅烧过程等特点，受到广大研究者的青睐。水热反应完成后，二氧化钛干燥容易造成团聚现象，影响薄膜的质量，这对纳米晶太阳能电池光电转换效率的提高是不利的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单有效的纳米晶太阳能电池用的二氧化钛薄膜制备方法，此方法制备的二氧化钛颗粒通过洗涤直接制备成浆料，避免了二氧化钛颗粒在干燥过程中发生团聚现象，制备出的浆料不需要辊轧，可直接用于工业化生产。这一方法简化制备工艺，降低了纳米晶太阳能电池的生产成本。本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。得到用于纳米晶太阳能电池的二氧化钛薄膜制备方法，其技术解决方案为用于纳米晶太阳能电池的二氧化钛薄膜制备方法，通过如下步骤实现第一步，配制二氧化钛前驱体，进行水热反应；第二步，洗涤二氧化钛颗粒；第三步，按5%质量比将高分子有机物溶于有机溶剂，并加入一定量的添加剂；第四步，将第三步和第二步制备的溶液按比例混合，超声分散使有机载体和二氧化钛颗粒充分混合；第五步，旋蒸除去混合溶液中多余酒精，得到二氧化钛浆料；第六步，将得到浆料用丝网印刷机印刷到导电玻璃表面，干燥后置于烘箱中烘干，重复印刷、烘干直至达到所需的膜厚要求后，置于焙烧炉中烧结，即得到用于纳米晶太阳能电池的二氧化钛薄膜。所述的前驱体通过如下步骤实现第一步在磁力搅拌情况下，将醋酸逐滴加入到异丙醇钛中，醋酸和异丙醇钛的体积比为I :3-1 :5之间；
第二步将第一步所得的混合溶液缓慢倒入去离子水中，搅拌1-1. 5小时，去离子水和醋酸的体积比为23:1;第三步滴加一定酸，使pH值在1-3之间，升温至70-80°C，搅拌反应60-90分钟，自然冷却即得二氧化钛前躯体。所述的酸为硝酸、硫酸中的一种，或者为两者混合物；所述的水热反应溶液体积不得超过反应釜体积的80%，水热温度为210_250°C，反应时间为6-12小时。所述的洗涤方式为静置洗涤。所述的高分子有机物为乙基纤维素或聚乙二醇中一种。所述的有机溶剂为无水乙醇。
所述的添加剂为松油醇、硝酸、乙酰丙酮和曲拉通。所述高分子有机物和添加剂的添加量按照高分子有机物的有机溶液、松油醇、硝酸、乙酰丙酮、曲拉通分别占异丙醇钛质量比的1/6、1/1、1/10、1/10、1/10。所述将得到浆料用丝网印刷到导电玻璃表面，干燥后置于烘箱中于80°C -130°C烘干半小时，重复印刷、再干燥直至达到所需的膜厚8-14μπι后，置于焙烧炉中4500C -500。。烧结 1-3 小时。由于采用了以上技术方案，本发明的优点在于，本发明通过将水热法制备的二氧化钛洗涤，通过添加有机载体和添加剂直接制备成浆料，可直接通过丝网印刷制备成二氧化钛薄膜，后经高温烧结后可获得高性能的用于纳米晶太阳能电池的二氧化钛薄膜。水热法制备出的二氧化钛颗粒通洗涤直接制备成浆料，避免了二氧化钛颗粒在干燥过程中发生团聚现象，制备出的浆料不需要辊轧，可直接用于工业化生产。因此这一制备技术在制备二氧化钛薄膜方面具有很大优势。通过本发明制备的二氧化钛薄膜，简化制造工艺，降低了制造成本，缩短了制造周期，可提高电池光电转换效率。
具体实施例方式下面通过具体实施例对本发明做进一步详细说明。实施例I在磁力搅拌情况下，将一定量醋酸逐滴加入到异丙醇钛中，反应15min。将混合液缓慢倒入去离子水中，产生大量絮状物。醋酸、异丙醇钛、去离子水的体积比为I :3 :23。搅拌lh，然后边搅拌边滴加一定量硝酸，使溶液pH值达到I。然后升温至78°C并在该温度下搅拌反应75min然后自然冷却即得到反应用的二氧化钛前驱体；将前面得到前驱体转移至水热釜中，水热反应溶液体积为反应釜体积的80%，密闭后于210°C水热反应6h后自然冷却降温后取出二氧化钛颗粒；静置洗涤干净后，加入乙基纤维素的酒精溶液(O. 05g/ml)，并加入松油醇、硝酸、乙酰丙酮和曲拉通。其中乙基纤维素、松油醇、硝酸、乙酰丙酮、曲拉通分别占异丙醇钛质量的1/6、1/1、1/10、1/10、1/10。然后超声处理3次，2min/次，最后旋蒸除去酒精，最后经辊轧三次后得到适合丝网印刷的二氧化钛浆料。采用丝网印刷技术将二氧化钛颗粒印刷到导电玻璃基板上，干燥后置于烘箱中于100°C烘干半小时，重复印刷、干燥直至达到所需的膜厚8 μ m要求，后置于焙烧炉中450°C烧结2小时，即得到用于纳米晶太阳能电池的二氧化钛薄膜。实施例2在磁力搅拌情况下，将一定量醋酸逐滴加入到异丙醇钛中，反应15min。将混合液缓慢倒入去离子水中，产生大量絮状物。醋酸、异丙醇钛、去离子水的体积比为I :4 :23。搅拌lh，然后边搅拌边滴加一定量硫酸，使溶液pH值达到2。然后升温至80°C并在该温度下搅拌反应60min然后自然冷却即得到反应用的二氧化钛前驱体；将前面得到前驱体转移至水热爸中，水热反应溶液体积为反应爸体积的75%,密闭后于250°C水热反应12h后自然冷却降温后取出二氧化钛颗粒；静置洗涤干净后，加入乙基纤维素的酒精溶液(O. 05g/ml)、松油醇、硝酸、乙酰丙酮、曲拉通。其中乙基纤维素、松油醇、硝 酸、乙酰丙酮、曲拉通分别占异丙醇钛质量的1/6、1/1、1/10、1/10、1/10。然后超声处理3次，2min/次，最后旋蒸除去酒精，最后经辊轧三次后得到适合丝网印刷的二氧化钛浆料。采用丝网印刷技术将二氧化钛颗粒印刷到导电玻璃基板上，干燥后置于烘箱中于80°C烘干半小时，重复印刷、烘干直至达到所需的膜厚10 μ m要求，后置于焙烧炉中500°C烧结I小时，即得到用于纳米晶太阳能电池的二氧化钛薄膜。实施例3在磁力搅拌情况下，将一定量醋酸逐滴加入到异丙醇钛中，反应15min。将混合液缓慢倒入去离子水中，产生大量絮状物。醋酸、异丙醇钛、去离子水的体积比为I :5 :23。搅拌I. 5h，然后边搅拌边滴加一定量硝酸和硫酸的混合液，使溶液pH值达到3。然后升温至70°C并在该温度下搅拌反应90min然后自然冷却即得到反应用的二氧化钛前驱体；将前面得到前驱体转移至水热釜中，水热反应溶液体积为反应釜体积的70%，密闭后于230°C水热反应8h后自然冷却降温后取出二氧化钛颗粒；静置洗涤干净后，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、曲拉通分别占异丙醇钛质量的1/6、1/1、1/10、1/10、1/10。然后超声处理3次，2min/次，最后旋蒸除去酒精，最后经辊轧三次后得到适合丝网印刷的二氧化钛浆料。采用丝网印刷技术将二氧化钛颗粒印刷到导电玻璃基板上，干燥后置于烘箱中于130°C烘干半小时，重复印刷、烘干直至达到所需的膜厚14 μ m要求，后置于焙烧炉中470°C烧结3小时，即得到用于纳米晶太阳能电池的二氧化钛薄膜。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变形，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围因由权利要求限定。
权利要求
1.用于纳米晶太阳能电池的二氧化钛薄膜制备方法，其特征在于通过如下步骤实现 第一步，配制二氧化钛前驱体，进行水热反应； 第二步，洗涤二氧化钛颗粒； 第三步，按5%质量比将高分子有机物溶于有机溶剂，并加入一定量的添加剂； 第四步，将第三步和第二步制备的溶液按比例混合，超声分散使有机载体和二氧化钛颗粒充分混合； 第五步，旋蒸除去混合溶液中多余酒精，得到二氧化钛浆料； 第六步，将得到浆料用丝网印刷机印刷到导电玻璃表面，干燥后置于烘箱中烘干，重复印刷、烘干直至达到所需的膜厚要求后，置于焙烧炉中烧结，即得到用于纳米晶太阳能电池的二氧化钛薄膜。
2.根据权利要求I所述的用于纳米晶太阳能电池的二氧化钛薄膜制备方法，其特征在于所述的前驱体通过如下步骤实现 第一步将醋酸逐滴加入到异丙醇钛中，醋酸和异丙醇钛的体积比为I :3-1 :5之间； 第二步将第一步所得的混合溶液缓慢倒入去离子水中，搅拌1-1. 5小时，去离子水和醋酸的体积比为23:1; 第三步滴加一定酸，使pH值在1-3之间，升温至70-80°C，搅拌反应60-90分钟，自然冷却即得二氧化钛前躯体。
3.根据权利要求2所述的用于纳米晶太阳能电池的二氧化钛薄膜制备方法，其特征在于所述的酸为硝酸、硫酸中的一种，或者为两者混合物。
4.根据权利要求I所述的用于纳米晶太阳能电池的二氧化钛薄膜制备方法，其特征在于所述的水热反应溶液体积不得超过反应釜体积的80%，水热温度为210-250°C，反应时间为6-12小时。
5.根据权利要求I所述的用于纳米晶太阳能电池的二氧化钛薄膜制备方法，其特征在于所述的洗涤方式为静置洗涤。
6.根据权利要求I所述的用于纳米晶太阳能电池的二氧化钛薄膜制备方法，其特征在于所述的高分子有机物为乙基纤维素或聚乙二醇中一种。
7.根据权利要求I所述的用于纳米晶太阳能电池的二氧化钛薄膜制备方法，其特征在于所述的有机溶剂为无水乙醇。
8.根据权利要求I所述的用于纳米晶太阳能电池的二氧化钛薄膜制备方法，其特征在于所述的添加剂为松油醇、硝酸、乙酰丙酮和曲拉通。
9.根据权利要求1、2、6或8所述的用于纳米晶太阳能电池的二氧化钛薄膜制备方法，其特征在于所述高分子有机物和添加剂的添加量按照高分子有机物的有机溶液、松油醇、硝酸、乙酰丙酮、曲拉通分别占异丙醇钛质量比的1/6、1/1、1/10、1/10、1/10。
10.根据权利要求I所述的用于纳米晶太阳能电池的二氧化钛薄膜制备方法，其特征在于所述将得到浆料用丝网印刷到导电玻璃表面，干燥后置于烘箱中于80°c -130°c烘干半小时,重复印刷、再干燥直至达到所需的膜厚8-14 μ m后，置于焙烧炉中450°C -500°C烧结1-3小时。
全文摘要
本发明公开了一种用于纳米晶太阳能电池的二氧化钛薄膜制备方法，包括配制二氧化钛前驱体，进行水热反应；洗涤二氧化钛颗粒；将高分子有机物溶于有机溶剂，并加入添加剂；将制备的溶液混合，超声分散；旋蒸除去有机溶剂，得到二氧化钛浆料；将得到浆料丝网印刷到导电玻璃表面，烘干，直至达到所需膜，后烧结，即得用于纳米晶太阳能电池的二氧化钛薄膜。通过此方法制备的二氧化钛颗粒通过洗涤直接制备成浆料，避免了二氧化钛颗粒在干燥过程中发生团聚现象，制备出的浆料不需要辊轧，可直接用于工业化生产。这一方法简化制备工艺，降低了纳米晶太阳能电池的生产成本。
文档编号H01G9/20GK102903536SQ20121037201
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者张辉 申请人:彩虹集团公司