[发明专利]一种柔性衬底上纳米半导体多孔电极材料的烧结方法

说明书

技术领域

本发明涉及电极材料烧结技术领域，特别涉及一种柔性衬底上纳米半导体多孔电极材料的烧结方法。

背景技术

柔性太阳能电池具有质量轻，而且可以折叠、卷曲、携带方便等优点，只要光电转换率达到应用水平，市场前景将非常广泛。纳米半导体多孔薄膜电极作为染料敏化太阳电池的关键组成部分之一，其结构和性能不仅影响染料敏化剂的吸附、入射光在多孔薄膜内的传输，还承担光生电子在多孔薄膜内传输和转移的媒介作用。但是，柔性衬底较低的耐热性(例如，PE塑料的耐热温度约为150℃)限制了纳米半导体多孔薄膜电极的烧结(例如，纳米TiO₂的烧结温度为450-500℃)，因此，机械稳定性较低，纳米颗粒之间电连接较弱，与衬底连接较弱，致使电池整体性能下降。

利用连续激光/长脉冲紫外激光烧结，可部分提高纳米半导体多孔薄膜电极烧结质量，但是，纳米半导体颗粒连接不够好，影响了电子传输。这是由于连续激光/长脉冲激光作用的穿透深度约为1微米，即激光能量是在这1微米深度内吸收，而纳米半导体颗粒薄膜厚度大于10微米，表面1微米以下完全靠热扩散来进行烧结，对柔性衬底的影响较大。要保持柔性衬底不受影响，必须降低激光能流密度，致使烧结质量达不到理想的效果。

综上所述，纳米半导体多孔薄膜电极烧结质量成为柔性染料敏化太阳电池性能提高的瓶颈。

发明内容

本发明提供了一种柔性衬底上纳米半导体多孔电极材料的烧结方法，本发明提高了纳米半导体多孔薄膜电极的烧结质量，避免了对柔性衬底本身性能的影响，详见下文描述：

一种柔性衬底上纳米半导体多孔电极材料的烧结方法，所述方法包括以下步骤：

在柔性衬底上镀有透明导电薄膜，在导电薄膜上均匀涂覆纳米半导体颗粒浆，用手工或机械压制的方式，形成纳米半导体薄膜；

选择一种可以透过纳米半导体薄膜的超短脉冲激光作为激光源，调节激光光路，使得超短脉冲激光通过物镜聚焦在纳米半导体薄膜适当深度内，使得焦点体积覆盖纳米半导体薄膜以及导电薄膜表面层；

当超短脉冲激光的强度大于等于多光子吸收阈值时，纳米半导体薄膜发生多光子吸收电离，价带电子跃迁到导带，晶格发生弱化；

纳米半导体薄膜表面发生熔化，相邻的纳米半导体颗粒连接在一起；随着超短脉冲激光焦点在整个纳米半导体薄膜上的扫描，把所有纳米半导体颗粒连接起来，形成网络即实现了烧结。

所述柔性衬底的材料为高分子材料柔性衬底。

所述导电薄膜的材料为半导体透明导电薄膜。

所述超短脉冲激光为飞秒脉冲激光或皮秒脉冲激光。

本发明提供的技术方案的有益效果是：本发明采用的超短脉冲激光通过物镜覆盖到纳米半导体颗粒薄膜和透明导电薄膜上，当超短脉冲激光强度大于等于电离阈值光强之后，通过激光扫描，把所有纳米半导体颗粒连接起来，形成网络即实现了烧结；该发明解决了柔性衬底上纳米半导体多孔薄膜电极的烧结质量问题，保持了柔性衬底本身的性能不受影响。

附图说明

图1为本发明采用的各器件之间的结构示意图；

图2为本发明的流程图。

附图中，各部件的列表如下：

1：激光光束；            2：物镜；

3：纳米半导体颗粒薄膜；  4：透明导电薄膜；

5：柔性衬底。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了提高纳米半导体多孔薄膜电极的烧结质量，避免对柔性衬底本身性能的影响，本发明实施例提供了一种柔性衬底上纳米半导体多孔电极材料的烧结方法，参见图1和图2，详见下文描述：

超短脉冲（脉冲宽度小于1皮秒）激光焦点处的光强极高，可实现多光子吸收，因此，超短脉冲激光可以进入透明材料内部，在焦点处进行激光处理。而且，激光作用时间短，热影响区小。一般来讲，激光作用的热积累效应，随激光脉冲重复率增加而增加，热影响区范围也越大，但是，当脉冲间隔时间缩短到比激光热作用向焦点外扩散所需的时间还要短的时候，激光热作用只发生在焦点体积内，也就是说，高重复率并没有加剧热扩散。高重复率（大于1MHz）飞秒激光，表现为以热积累效应为主，大大降低了激光加工所需脉冲能量，有效减小了热影响区范围。与长脉冲激光烧结技术相比，高重复率飞秒激光所需的激光能流密度更低，热扩散距离更短。