[发明专利]散射层由渐进TiO2颗粒构成的半导体薄膜制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种散射层由渐进TiO₂颗粒构成的半导体薄膜制备方法，属于染料敏化太阳能电池技术领域。

背景技术

在能源稀缺的今天，太阳能电池的开发与应用显得尤为重要。染料敏化太阳能电池因其绿色环保，生产成本低，工艺简单等优点在新能源领域占有重要地位。

染料敏化太阳能电池（DSSC）通常由染料分子，电解质，光阳极和对电极组成，而光阳极作为染料敏化太阳能电池的重要组成部分，构成光阳极结构的TiO₂纳米晶的形貌及性质对光电转化效率的影响很大。TiO₂纳米晶的物理化学性质主要取决于TiO₂的粒径，形貌以及晶型。纳米级TiO₂由于其具有较宽的带隙（3.2eV），较大的比表面积，较高的孔隙率，可以产生有效的光吸收和光收集效应，因此纳米级TiO₂在染料敏化太阳能电池中具有很好的光电性能，但是，纳米级TiO₂对于光的散射能力很差，由单纯纳米级TiO₂作为光阳极的电池在光的利用上有很大损失，大部分吸收的太阳光通过光阳极薄膜透射出去，这样就降低了光的利用效率。为了提高太阳光的利用率及光电转化效率，我们尝试在纳米级TiO₂薄膜上层，增加散射层，散射层主要是用微米级TiO₂作为膜材料，利用微米级颗粒对吸收的太阳光进行散射，散射回的太阳光可以再次被利用，增加了光的利用率。而单纯一种尺寸的散射层TiO₂颗粒只能对光在一种维度下进行散射，当增加散射层的厚度，且每层散射层的TiO₂颗粒尺寸不同时，光就可以在不同维度下进行散射，这样就大大增加了光被反射的能力，增加了光的利用率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种散射层由依次渐进TiO₂颗粒构成的半导体薄膜制备方法，该制备方法过程简单，制得的半导体薄膜的散射层比表面有所增大，且不易破坏，光化学电化学效果优良。

本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种散射层依次由渐进尺寸的TiO₂颗粒构成的半导体薄膜制备方法，其特征在于包括以下过程：

1) 将聚乙烯吡咯烷酮加入到乙醇溶剂中，配制成质量分数为2~25%的聚乙烯吡咯烷酮溶液，按照浓度为0.8mol的TiCl₄溶液与乙醇的体积比为1:3，再向聚乙烯吡咯烷酮溶液中加入 TiCl₄溶液，在搅拌及在温度40℃~80℃下，按照聚乙烯吡咯烷酮与尿素质量比为1:（0.5~4）再加入的尿素，搅拌至尿素全部溶解，得到水热前躯体；

2）将步骤1）制备的水热前躯体放入水热釜中，在温度80℃~220℃进行水热反应4h~20h，反应产物去除上清液，沉淀物用乙醇和去离子水分别离心洗涤至离心管内上清液澄清为止，洗涤后颗粒在温度80~120℃下干燥，将干燥后的产物放入马弗炉中，在马弗炉中以10^oC/min的速度升温至温度450~500℃下煅烧3h~6h，得到粒径分别为1μm、2μm、3μm的TiO₂球状颗粒；

 3)将步骤2）制得的粒径分别为1μm、2μm、3μm的TiO₂球状颗粒，分别与松油醇、乙基纤维素、乙醇和锆珠按质量比为1：3~5：0.3~0.7：20~40：60的比例球磨混合，再经过滤分离出锆珠和悬蒸分离出乙醇后，得到用于制备半导体薄膜散射层的含1μmTiO₂球状颗粒的浆料、含2μmTiO₂球状颗粒的浆料和含3μmTiO₂球状颗粒的浆料；

4）以商品化TiO₂（P25：德固赛公司生产商品化TiO₂，平均粒径为25nm）与松油醇、乙基纤维素、乙醇和锆珠按质量比为1：3~5：0.3~0.7：20~40：60的比例球磨混合，过滤分离出锆珠并悬蒸分离出乙醇后，得到用于制备半导体薄膜透射层的浆料；