[发明专利]纳米晶介孔TiO2厚膜材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种介孔半导体厚膜材料的制备方法，特别是涉及一种利用湿化学法，结合旋涂和丝网印刷技术制备二氧化钛厚膜的方法。

背景技术：

TiO₂材料是一种宽禁带半导体。在多相光催化反应所应用的半导体催化剂中，TiO₂材料以其无毒、催化活性高、稳定性好以及抗氧化能力强等优点备受青睐，并期望其在环境污染治理、生物医药、太阳能利用等领域得到广泛应用。介孔TiO₂材料具有有序的孔道结构、高比表面积、良好的光电性能和优良的催化性质。因此，广泛作为催化剂载体和催化剂，在染料敏化太阳能电池、光催化剂、化学感光、过滤、生物医学材料和气体传感器等方面显示了广阔的应用前景。近年来，对介孔TiO₂材料，尤其是介孔TiO₂薄膜材料的研究备受关注。基于纳米晶介孔TiO₂电极在有机染料在可见光下，敏化介孔TiO₂电极的染料敏化太阳能电池(DSSC)，其转化效率可高达10％。吸附在纳米晶介孔TiO₂电极上的染料吸收可见光后，电子从激发态的染料分子注入介孔TiO₂的导带，电子在ITO导电玻璃的基底电极上被收集，被氧化的染料被电解液中的氧化还原对还原再生。

为了提高染料敏化太阳能电池的效率，纳米晶结构的介孔TiO₂电极的多孔表面结构是非常重要的。通常，通过涂敷法将含介孔TiO₂纳米颗粒的胶体涂于透明的ITO导电玻璃上制备介孔TiO₂厚膜。采用表面活性剂松油醇和乙基纤维素增稠剂混合的介孔TiO₂浆料，通过丝网印刷技术制备了具锐钛矿晶型的介孔TiO₂厚膜。丝网印刷技术不仅可以大批量生产介孔TiO₂厚膜，控制介孔TiO₂膜的厚度，还可以确保高质量膜的重复性，但是，上述方法制得的纳米晶结构的介孔TiO₂电极，其薄膜欧姆接触电学性能不够好，影响太阳能电池的转化效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种欧姆接触性能良好的纳米晶介孔TiO₂厚膜材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明解决上述技术问题采用如下技术方案：上述纳米晶介孔TiO₂厚膜材料的制备方法，通过旋涂和丝网印刷技术，来制备有序的、厚度可控的、欧姆接触性良好的纳米晶介孔TiO₂厚膜材料，该方法包括有以下步骤：

A、介孔TiO₂溶胶的制备：以各原料中的三嵌段共聚物∶钛酸正丁酯∶无水乙醇∶水(H₂O)∶乙酰丙酮∶氯化氢的摩尔比为0.02～0.04∶1∶28.5∶30∶0.5∶0.005配制，以三嵌段共聚物为模板剂，钛酸正丁酯为无机前驱体，乙酰丙酮主要用来控制钛酸正丁酯的水解速率，以得到介孔TiO₂溶胶；

B、旋涂法介孔TiO₂薄膜的制备：将上述溶胶在室温下陈化22～24h，利用匀胶台在ITO导电玻璃上旋涂成膜，转速为2500～3000r/min，旋转时间为18～20s，将薄膜置放于温度为90～100℃的烘箱中退火18～24h，旋涂法使制备好的介孔TiO₂薄膜具有良好的欧姆接触电学性能；

C、丝网印刷法介孔TiO₂厚膜的制备：在上述溶胶中加入5～8％(wt)乙基纤维素以增加TiO₂胶体的黏度，然后加入表面活性剂松油醇，来增加TiO₂厚膜的表面吸附性，磁力搅拌18～24h，以制得丝网印刷所需的浆料，把制得的TiO₂浆料通过200目的尼龙丝网在上述旋涂过的薄膜上再印刷一层纳米晶介孔TiO₂厚膜，将厚膜置放于温度为38～40℃的烘箱中，陈化45～48 h，然后以1℃/min的升温速率升温至晶化温度320～380℃，保温3.5～4h，丝网印刷法使制备好的介孔TiO₂厚膜具有良好的有序性和所需的厚度。

上述旋涂法介孔TiO₂薄膜的制备中将薄膜置放于温度为40～100℃的烘箱中退火18～24h。

上述丝网印刷法介孔TiO₂厚膜的制备中，将厚膜置放于温度为335～355℃的马弗炉中，保温3.5～4h。