自支撑微纳结构TiO制造技术

本发明专利技术公开了太阳能电池自支撑微纳结构TiO

【技术实现步骤摘要】
自支撑微纳结构TiO2薄膜及染料敏化太阳能电池制备方法
本专利技术涉及太阳能电池领域，具体涉及一种自支撑微纳结构TiO2薄膜及染料敏化太阳能电池制备方法。
技术介绍
染料敏化太阳能电池的具有较高的比表面积和光电转换率，而且制作工艺简单、稳定性和寿命长等，而TiO2是转化效率相对较高的半导体薄膜，近年来对其的研究也已取得了一定的技术突破。中国专利CN101857966A公开了一种自支撑Ti02纳米管阵列薄膜，其由下述方法制得：a)对钛箔进行初次阳极氧化，在钛箔上形成Ti02纳米管阵列薄膜；b)然后将步骤a)处理得到的钛箔进行退火晶化处理；c)再将经过上述处理的钛箔进行二次阳极氧化，在钛箔和Ti02纳米管阵列薄膜之间形成具有一定厚度的无定形氧化层：d)最后从无定形氧化层上剥离Ti02纳米管阵列薄膜。中国专利CN109136831A一种质量厚度为700-1400μg/cm2自支撑锗薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)在衬底表面沉积氯化钠脱模剂；(2)采用90度磁过滤阴极真空弧(FCVA)系统在衬底表面沉积氧化铝缓冲薄膜；(3)将样品旋转180°，用直管磁过滤阴极真空弧(FCVA)系统再次沉积锗薄膜；(4)将得到的衬底放入盛有乙醇溶液的容器中进行脱模处理；(5)用打捞板将锗薄膜捞起，得到质量厚度为700-1400μg/cm2自支撑锗薄膜。通过在锗薄膜与衬底之间制备氧化铝作为缓冲层，在脱模处理的过程中可以避免残余应力的释放导致自支撑锗薄膜的破裂。自支撑薄膜会复制衬底或者脱膜剂的表面形态，而自支撑薄膜的粗糙度也会影响自支撑薄膜的性能，如何制备低粗糙度的自支撑薄膜也是
的瓶颈。自支撑TiO2薄膜在太阳能电池中的应用更是研究很少，至于自支撑TiO2薄膜的结构、粗糙度对太阳能电池性能更是无从借鉴。
技术实现思路
本专利技术的目的是根据现有技术所存在的缺陷，提供了一种太阳能电池自支撑微纳结构TiO2薄膜的制备方法以及染料敏化电池，能够制备获得低粗糙度、微纳结构的TiO2薄膜，可以有效提高光电转化效率。为了解决现有技术所存在的问题，本专利技术提供的技术方案之一如下：一种太阳能电池自支撑微纳结构TiO2薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)在衬底表面旋涂浓度为5-10mg/mL的聚甲基丙烯酸甲酯溶液，在烘干箱内70-80℃干燥5-10分钟，降温至室温，形成聚甲基丙烯酸甲酯薄膜；重复上述步骤1-2次。(2)将衬底置于射频磁控溅射镀膜设备的基座上，将锐钛矿型TiO2靶材、金红石型TiO2靶材相对安装在靶位上，对真空室抽真空至1-5×10-4Pa，通入Ar、同时开启锐钛矿型TiO2靶材、金红石型TiO2靶材电源，室温下溅射。(3)关闭电源以及Ar，取出衬底，在衬底表面获得微纳结构TiO2薄膜。(4)将衬底放入至丙酮中浸泡，溶解聚甲基丙烯酸甲酯薄膜，从而将衬底与微纳结构TiO2薄膜分离，取出获得太阳能电池自支撑微纳结构TiO2薄膜。进一步地，所述衬底为p型单晶Si或蓝宝石。进一步地，步骤(2)的工艺参数为：Ar流量100-200sccm、工作气压5-10Pa、锐钛矿型TiO2靶材功率600-100W、金红石型TiO2靶材150-200W、溅射时间60-90min。进一步地，还包括步骤(5)：将太阳能电池自支撑微纳结构TiO2薄膜置于去离子水中，超声清洗2-5min，取出在40-60℃下干燥5-10min。进一步地，所述太阳能电池自支撑微纳结构TiO2薄膜厚度为5-10μm。进一步地，所述太阳能电池自支撑微纳结构TiO2薄膜由80-90wt.％锐钛矿型TiO2和10-20wt.％金红石型TiO2组成。进一步地，所述太阳能电池自支撑微纳结构TiO2薄膜接触聚甲基丙烯酸甲酯薄膜面(后文记载为接触PMMA面)的粗糙度Ra为300-400nm。本专利技术提供的技术方案之二如下：一种太阳能电池自支撑微纳结构TiO2薄膜制备的染料敏化太阳能电池，太阳能自支撑微纳结构TiO2薄膜通过上述方法制备。进一步地，所述染料敏化太阳能电池的短路电流密度(Jsc)为15-17mA/cm2、开路电压(Voc)为0.65-0.75V、填充因子(FF)为67％-70％、光电转换效率(η)为9-12％。本专利技术与现有技术相比，其有益效果为：(1)现有技术通常采用铜箔、氯化钠作为脱模剂，本专利技术通过旋涂聚甲基丙烯酸甲酯薄膜，可以降低自支撑薄膜的表面粗糙度，该面的粗糙度Ra为300-400nm。(2)申请人发现，单一的锐钛矿或金红石型的TiO2薄膜所组成的染料敏化太阳能电池在电化学性能方面不如锐钛矿或金红石型混晶TiO2薄膜，所以本专利技术采用锐钛矿型TiO2靶材、金红石型TiO2靶材在室温下共溅射制备获得锐钛矿型、金红石型混合晶型的自支撑微纳结构TiO2薄膜，避免了高温下聚甲基丙烯酸甲酯熔化，另一方面也避免了对自支撑微纳结构TiO2薄膜后续的高温热处理导致的薄膜应力翘曲和裂开。(3)通过本专利技术制备的染料敏化太阳能电池具有优异的电化学性能。附图说明图1为本专利技术实施例制备的自支撑微纳结构TiO2薄膜两个表面的扫描电镜图。图2为本专利技术实施例制备的自支撑微纳结构TiO2薄膜两个表面的X射线衍射图谱。图3为本专利技术实施例制备的染料敏化太阳能电池的J-V曲线。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行进一步描述，但本专利技术的保护范围并不仅限于此。实施例1一种太阳能电池自支撑微纳结构TiO2薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)在p型单晶Si衬底表面旋涂浓度为5mg/mL的聚甲基丙烯酸甲酯溶液，在烘干箱内70℃干燥8分钟，降温至室温，形成聚甲基丙烯酸甲酯薄膜；重复上述步骤2次。(2)将衬底置于射频磁控溅射镀膜设备的基座上，将锐钛矿型TiO2靶材、金红石型TiO2靶材相对安装在靶位上，对真空室抽真空至5×10-4Pa，通入Ar、同时开启锐钛矿型TiO2靶材、金红石型TiO2靶材电源，室温下溅射。工艺参数为：Ar流量150sccm、工作气压6Pa、锐钛矿型TiO2靶材功率1000W、金红石型TiO2靶材150W、溅射时间60min。(3)关闭电源以及Ar，取出衬底，在衬底表面获得微纳结构TiO2薄膜。(4)将衬底放入至丙酮中浸泡，溶解聚甲基丙烯酸甲酯薄膜，从而将衬底与微纳结构TiO2薄膜分离，取出获得太阳能电池自支撑微纳结构TiO2薄膜。(5)将自支撑微纳结构TiO2薄膜置于去离子水中，超声清洗5min，取出在50℃下干燥5min。染料敏化太阳能电池的组装。光阳极的制备：将实施例1制备的自支撑微纳结构TiO2薄膜转移到ITO导电基底上，称取3gTiO2(P25)粉末加入16ml叔丁醇与水的混合溶液(体积比2：1)，加入约0.7ml0.025mol/LHCl溶液，球磨15h制得浆料，用刮涂法刷一层厚度5μm左右薄膜，快速的将实施例1制备的自支撑微纳结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自支撑微纳结构TiO

【技术特征摘要】
1.一种自支撑微纳结构TiO2薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在衬底表面旋涂浓度为5~10mg/mL的聚甲基丙烯酸甲酯溶液，在烘干箱内70-80℃干燥5-10分钟，降温至室温，形成聚甲基丙烯酸甲酯薄膜；重复上述步骤1-2次；
（2）将衬底置于射频磁控溅射镀膜设备的基座上，将锐钛矿型TiO2靶材、金红石型TiO2靶材相对安装在靶位上，对真空室抽真空至1-5×10-4Pa，通入Ar、同时开启锐钛矿型TiO2靶材、金红石型TiO2靶材电源，室温下溅射；
（3）关闭电源以及Ar，取出衬底，在衬底表面获得微纳结构TiO2薄膜；
（4）将衬底放入至丙酮中浸泡，溶解聚甲基丙烯酸甲酯薄膜，从而将衬底与微纳结构TiO2薄膜分离，取出获得太阳能电池自支撑微纳结构TiO2薄膜。


2.根据权利要求1所述自支撑微纳结构TiO2薄膜的制备方法，其特征在于，所述衬底为p型单晶Si或蓝宝石。


3.根据权利要求1-2任一项所述自支撑微纳结构TiO2薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）的工艺参数为：Ar流量100-200sccm、工作气压5-10Pa、锐钛矿型TiO2靶材功率600-100W、金红石型TiO2靶材150-200W、溅射时间60-90min。


4.根据权利要求1-2任一项所述自支撑微纳结...

【专利技术属性】
技术研发人员：张燕，
申请(专利权)人：广州市豪越新能源设备有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44