纳米晶介孔TiO2厚膜材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米晶介孔ＴｉＯ↓［２］厚膜材料的制备方法，它包括：介孔ＴｉＯ↓［２］溶胶制备，经匀胶机在导电玻璃上旋涂介孔ＴｉＯ↓［２］的薄膜，高温退火为凝胶，薄膜上用丝网印刷法制介孔ＴｉＯ↓［２］厚膜，陈化为凝胶，烧结晶化，制成纳米晶介孔ＴｉＯ↓［２］厚膜材料。该发明专利技术用旋涂法制介孔ＴｉＯ↓［２］薄膜显著提高丝网印刷厚膜的欧姆接触电学性能；丝网印刷法所需的介孔ＴｉＯ↓［２］浆料制备过程与现有的过程相比操作简单，介孔ＴｉＯ↓［２］浆料在丝网印刷过程中易印刷，与水介质相比不易挥发，可得到无裂纹厚度可控的介孔ＴｉＯ↓［２］厚膜。该厚膜具有高度有序介孔结构，用介孔ＴｉＯ↓［２］厚膜材料制备的介孔ＴｉＯ↓［２］厚膜电极光电太阳能电池的光敏化电极，能提高太阳能的电池转化效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。技术背景-Ti02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，Ti02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Ti02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Ti02材料，尤其是介孔Ti02薄膜材料的研究备受关注。基 于纳米晶介孔Ti02电极在有机染料在可见光下，敏化介孔Ti02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Ti02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Ti02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Ti02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Ti02纳米颗粒的胶体涂于透明的ITO导电玻璃上制备 介孔Ti02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Ti02浆料，通过丝网 印刷技术制备了具锐钛矿晶型的介孔Ti02厚膜。丝网印刷技术不仅可以大批量生产介孔Ti02 厚膜，控制介孔Ti02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Ti02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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种欧姆接触性能良好的纳米晶介孔Ti02厚膜材料的制备方法。 为达到上述目的，本专利技术解决上述技术问题采用如下技术方案上述纳米晶介孔Ti02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Ti02厚膜材料，该方法包括有以下步骤A、介孔Ti02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(H20): 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Ti02溶胶；B、 旋涂法介孔Ti02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 3000 r/min,旋转时间为18 20s，将薄膜置放于温度 为90 100 'C的烘箱中退火18 24h，旋涂法使制备好的介孔Ti02薄膜具有良好的欧姆接触 电学性能；C、 丝网印刷法介孔Ti02厚膜的制备在上述溶胶中加入5 8 y。(wt)乙基纤维素以增加 Ti02胶体的黏度，然后加入表面活性剂松油醇，来增加Ti02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Ti02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Ti02厚膜，将厚膜置放于温度为38 40 。C的烘箱中，陈化45 48 h，然后以l 'C/min的升温速率升温至晶化温度320 380。C，保温3. 5 4 h,丝网印刷 法使制备好的介孔Ti02厚膜具有良好的有序性和所需的厚度。上述旋涂法介孔Ti02薄膜的制备中将薄膜置放于温度为40 100 'C的烘箱中退火18 24h。上述丝网印刷法介孔Ti02厚膜的制备中，将厚膜置放于温度为335 355 。C的马弗炉中， 保温3. 5 4 h。上述表面活性剂中松油醇，松油醇和Ti的摩尔比为l : 4。 同现有的技术相比，本专利技术具有如下优点1、 本专利技术的制备方法中采用旋涂法制备介孔Ti02薄膜层可显著提高丝网印刷厚膜的欧姆 接触电学性能；2、 本专利技术的制备方法中采用丝网印刷法所需的介孔Ti02浆料制备过程与现有的制备过程 相比操作简单，制备好的介孔Ti02浆料在丝网印刷过程中容易印刷并且与水介质相比不易挥 发，可得到无裂纹的厚度可控的介孔Ti02厚膜，该厚膜在345 'C烧结后的膜具有高度有序的 介孔结构；3、 采用本专利技术制备方法制得的纳米晶介孔Ti02厚膜材料适合于光电太阳能电池的光敏化 电极的要求，可用作介孔Ti02厚膜电极组装的光敏化太阳能电池上，能降低加工成本，显著 提高转化效率。附图说明图1本专利技术实施例一制得的纳米晶介孔Ti02厚膜材料的小角XRD衍射图； 图2本专利技术实施例一制得的纳米晶介孔Ti02厚膜材料的I一V曲线图； 图3本专利技术实施例一制得的纳米晶介孔Ti02厚膜材料的透射电子显微镜(TEM)图； 图4本专利技术实施例一制得的纳米晶介孔Ti02厚膜材料的广角XRD图；图5本专利技术实施例二制得的纳米晶介孔Ti02厚膜材料的小角XRD图； 图6本专利技术实施例二制得的纳米晶介孔Ti02厚膜材料的I一V曲线图。 具体实施例方式以下结合实施例对本专利技术作进一步说明 实施例一本专利技术的实施例的具体工艺步骤如下A、 介孔Ti02溶胶的制备以三嵌段共聚物(P123)为模板剂，钛酸正丁酯(TBOT)为无 机甜驱体制备，乙酰丙酮(AcAc)主要用来控制钛酸正丁酯(TBOT)的水解速率，来得到介 孔Ti(V溶胶，首先，将2.1g三嵌段共聚物(P123)溶于25ml无水乙醇溶液中，在磁力搅拌 下，待三嵌段共聚物P123完全溶解；接着在上述无水乙醇溶液中添加0. 3ml 1M盐酸HC丄和 0.75ml乙酰丙酮(AcAc)，并快速磁力搅拌3小时；然后，再向无水乙醇溶液中加入5. lml 钛酸正丁酯(TBOT)，且中速磁力搅拌0.5小时；最后，在混合溶液中添加8ml蒸馏水，低速 磁力搅拌6小时；随后将介孔Ti(V溶胶从磁力搅拌机上取下，在室温下静置24小时后等待制 膜；B、 衬底的制备将面积为2X2cm的ITO导电玻璃中间腐蚀出一条沟道，形成两个共平 面电极，然后分别用丙酮、无水乙醇、去离子水各超声清洗10分钟，烘干；C、旋涂法介孔Ti(V薄膜的制备将上述制备好的溶胶在室温下陈化24 h，利用匀胶台在 ITO导电玻璃上旋涂成膜，转速为2000r/min，旋转时间为20s，将薄膜置放于温度为IO(TC 的烘箱中高温退火24 h。旋涂法使制备好的介孔Ti(V薄膜具有良好的欧姆接触电学性能；D、丝网印刷法介孔Ti02厚膜的制备将上述制备好的溶胶中加入6 %(wt)乙基纤维素以 增加TiCy交体的黏度，然后加入表面活性剂松油醇(松油醇和Ti的摩尔比为1 : 4)，来增 加TiC)2厚膜的表面吸附性，磁力搅拌24h，以制得丝网印刷所需的浆料，把制得的Ti02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Ti02厚膜，将厚膜置放 于温度为40 'C的烘箱中，陈化48h，然后以l 'CAnin的升温速率升温至晶化温度345 'C， 保温4 h，丝网印刷法使制备好的纳米晶介孔Ti02厚膜具有良好的有序性和所需的厚度。实施例二本实施例与上述实施例一基本相同，只是在处理上述丝网印刷法介本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种染料敏化太阳能电池电极，它包括具有呈面向设置的第一电极和第二电极、位于第一电极和第二电极之间的染料敏化剂、电解质，第一电极由第一导电玻璃电极和形成于第一导电玻璃电极上面向第二电极一侧的铂电极层构成，不同点是，上述第二电极包括第二导电玻璃电极、形成于第二导电玻璃电极上面向第一电极一侧的的纳米晶氧化物膜，纳米晶氧化物膜包括紧邻的第一纳米晶氧化物膜和第二纳米晶氧化物薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈悦，吴明明，顾峰，张贇，谢宜桉，张建成，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]