一种TiO2纳米材料及制备方法和用途技术

本发明专利技术属于纳米材料制备领域，具体涉及一种新型纳米材料和制备方法及用途。选用纳米TiO2和偶氮苯作为基本材质，将两者在溶剂中充分搅拌混合，将硅烷偶联剂和质子酸催化剂充分搅拌混合，利用硅烷偶联剂和质子酸催化剂将纳米TiO2和偶氮苯催化偶联，反应结束后产物在超声波中超声分散，制得新型TiO2纳米材料。将该材料用于多晶硅太阳能电池，达到了光电转换效率提升明显的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种新型TiO2纳米材料及制备方法和用途
本专利技术属于纳米材料制备领域，具体涉及一种新型TiO2纳米材料及制备方法和用途。
技术介绍
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(0.1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10～100个原子紧密排列在一起的尺度。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。利用纳米材料自身的光学特性，将其应用在目前最为热门的太阳能电池领域，成为专家学者们的研究重点。太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被满足一定照度条件的光照射，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。在物理学上称为太阳能光伏，简称光伏(PV)。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的实施太阳能电池则还处于萌芽阶段。目前多晶硅薄膜太阳能电池是太阳能电池中应用最为广泛、成本较低的一种，但其光电转换效率一直无法得到有效地提升，目前是困扰该领域技术人员的一大难题。
技术实现思路
本专利技术的目的：针对目前多晶硅薄膜太阳能电池存在的问题，提供一种新型TiO2纳米材料及其制备方法，将其用于制备多晶硅薄膜太阳能电池，提高其光电转换效率。本专利技术的技术方案：提供一种新型TiO2纳米材料，选用纳米TiO2和偶氮苯作为基本材质，将两者在溶剂中充分搅拌混合，将硅烷偶联剂和质子酸催化剂充分搅拌混合，利用硅烷偶联剂和质子酸催化剂对纳米TiO2和偶氮苯催化偶联，反应结束后产物在超声波中超声分散，制得新型TiO2纳米材料，其制备方法包括：(1)将纳米TiO2、偶氮苯和溶剂加入到烧杯中，以300～400r/min的转速充分搅拌溶解20min；(2)将硅烷偶联剂和质子酸催化剂在另一个烧杯中以300～400r/min的转速充分搅拌溶解20min，然后将混合物倒入步骤1的烧杯中，在常温常压下反应3～6h；(3)待反应结束后将其在超声波中超声分散1～2h，最后将底层的产物过滤，用大量的去离子水冲洗后干燥1h，制得新型TiO2纳米材料。作为优选，所述的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，所述的偶氮苯为4-氨基偶氮苯，所述的质子酸催化剂为HCl、H2SO4或CH3COOH，所述的溶剂为乙醇。作为优选，所述的纳米TiO2、硅烷偶联剂、偶氮苯、质子酸催化剂和溶剂的摩尔比为:3～5：1:1～5:0.1～0.5:10～20。将这种新型TiO2纳米材料用于制备多晶硅薄膜太阳能电池，其制备方法包括：(1)沉积新型TiO2纳米材料薄膜，选用纯度不小于99.9999％的P型多晶硅片作为基片，其电阻率不小于0.5Ω.cm，厚度范围为100-300μm，采用喷涂印刷成膜工艺在P型多晶硅衬底上沉积一层新型TiO2纳米材料薄膜；(2)退火处理，在通氢的真空电阻炉中进行退火处理，将步骤1含有新型TiO2纳米材料薄膜的多晶硅基片依次在1500℃、1200℃、900℃、600℃和300℃下各进行保温退火30分钟，最后冷却至常温；(3)制备PN结和减反膜，采用磷扩散的方法对P型硅片进行重掺杂，形成PN结；采用PECVD法在新型TiO2纳米材料薄膜上生长氮化硅薄膜作为减反膜；(4)采用磁控溅射工艺或丝网印刷工艺制作银栅电极和铝背电极，制得多晶硅薄膜太阳能电池。作为优选，步骤(1)中新型TiO2纳米材料薄膜厚度为50-100nm，步骤(3)中减反膜厚度为30-75nm。本专利技术的技术效果：1偶氮苯和硅烷偶联剂有机部分在质子酸催化剂作用发生反应而连接，硅烷偶联剂水解生成硅醇，其与纳米TiO2表面发生脱水反应而形成化学键，进而形成新型TiO2纳米材料。2该种材料是一种有机无机复合纳米材料，除具有一般纳米材料的宽频带强吸收性外，本专利技术的纳米材料既具有光响应强的TiO2成分，又具有偶氮苯结构，偶氮苯中的N元素具有孤对电子，孤对电子自由度较大，可以将TiO2响应的光能传导至多晶硅基片上，实现光能有效而快速的转移；同时该材料也发生了吸收光谱的“蓝移现象”，吸收光的频率提高，响应光的能量也相应地提高了。两点协同作用，最终提高了太阳能电池的光电转换效率。具体实施方式实施例1新型TiO2纳米材料的制备：(1)选用3mol纳米TiO2、1mol4-氨基偶氮苯和10mol乙醇加入到烧杯中，以350r/min的转速充分搅拌溶解20min；(2)将1molγ-氨丙基三乙氧基硅烷和0.1molHCl在另一个烧杯中以350r/min的转速充分搅拌溶解20min，然后将其倒入步骤1的烧杯中，在常温常压下反应3h；(3)待反应结束后将其在超声波中超声分散1h，最后将底层的产物过滤，用大量的去离子水冲洗后干燥1h，制得新型TiO2纳米材料。多晶硅薄膜太阳能电池的制备：(1)沉积新型TiO2纳米材料薄膜，选用纯度为99.99991％的P型多晶硅片作为基片，其电阻率为0.60Ω.cm，厚度范围为150μm，采用喷涂印刷成膜工艺在P型多晶硅衬底上沉积一层厚度为70nm的新型TiO2纳米材料薄膜；(2)退火处理，在通氢的真空电阻炉中进行退火处理，将步骤1含有新型TiO2纳米材料薄膜的多晶硅基片依次在1500℃、1200℃、900℃、600℃和300℃下各进行保温退火30分钟，最后冷却至常温；(3)制备PN结和减反膜，采用磷扩散的方法对P型硅片进行重掺杂，形成PN结；采用PECVD法在新型TiO2纳米材料薄膜上生长厚度为50nm的氮化硅薄膜作为减反膜；(4)采用磁控溅射工艺或丝网印刷工艺制作银栅电极和铝背电极，制得多晶硅薄膜太阳能电池。实施例2新型TiO2纳米材料的制备：(1)选用5mol纳米TiO2、5mol4-氨基偶氮苯和20mol乙醇加入到烧杯中，以350r/min的转速充分搅拌溶解20min；(2)将1molγ-氨丙基三乙氧基硅烷和0.5molHCl在另一个烧杯中以350r/min的转速充分搅拌溶解20min，然后将其倒入步骤1的烧杯中，在常温常压下反应6h；(3)待反应结束后将其在超声波中超声分散2h，最后将底层的产物过滤，用大量的去离子水冲洗后干燥1h，制得新型TiO2纳米材料。多晶硅薄膜太阳能电池的制备：(1)沉积新型TiO2纳米材料薄膜，选用纯度为99.99993％的P型多晶硅片作为基片，其电阻率为0.55Ω.cm，厚度范围为200μm，采用喷涂印刷成膜工艺在P型多晶硅衬底上沉积一层厚度为80nm的新型TiO2纳米材料薄膜；(2)退火处理，在通氢的真空电阻炉中进行退火处理，将步骤1含有新型TiO2纳米材料薄膜的多晶硅基片依次在1500℃、1200℃、900℃、600℃和300℃下各进行保温退火30分钟，最后冷却至常温；(3)制备PN结和减反膜，采用磷扩散的方法对P型硅片进行重掺杂，形成PN结；采用PECVD法在新型TiO2纳米材料薄膜上生长厚度为60nm的氮化硅薄膜作为减反膜；(4)采用磁控溅射工艺或丝网印刷工艺制作银栅电极和铝背电极，制得多晶硅薄膜太阳能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型TiO

【技术特征摘要】
1.一种新型TiO2纳米材料，其特征在于，选用纳米TiO2和偶氮苯作为基本材质，将两者在溶剂中充分搅拌混合，将硅烷偶联剂和质子酸催化剂充分搅拌混合，利用硅烷偶联剂和质子酸催化剂对纳米TiO2和偶氮苯催化偶联，反应结束后产物在超声波中超声分散，制得新型TiO2纳米材料。2.一种如权利要求1所述的新型TiO2纳米材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括：(1)将纳米TiO2、偶氮苯和溶剂加入到烧杯中，以300～400r/min的转速充分搅拌溶解20min；(2)将硅烷偶联剂和质子酸催化剂在另一个烧杯中以300～400r/min的转速充分搅拌溶解20min，然后将其倒入步骤1的烧杯中，在常温常压下反应3～6h；(3)待反应结束后将其在超声波中超声分散1-2h，最后将底层的产物过滤，用大量的去离子水冲洗后干燥1h，制得新型TiO2纳米材料。3.如权利要求2所述的新型TiO2纳米材料的制备方法，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，所述的偶氮苯为4-氨基偶氮苯，所述的质子酸催化剂为HCl、H2SO4或CH3COOH，所述的溶剂为乙醇。4.如权利要求2所述的新型TiO2纳米材料的制备方法，其特征在于，所述的纳米TiO2...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙铁囤，姚伟忠，汤平，
申请(专利权)人：常州亿晶光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32