專利名稱：二氧化鈦漿料噴涂裝置及噴涂方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池板的制備裝置及制備方法，尤其涉及一種適用于染料 敏化太陽能電池的二氧化鈦薄膜層的制備裝置及制備方法。
背景技術(shù)：
隨著全球能源緊缺及環(huán)境污染問題的日趨嚴(yán)重，太陽能的有效開發(fā)和利用已 成為目前熱門的課題，硅太陽能電池的使用雖然比較成熟，但因其制備工藝復(fù)雜，價(jià)格 昂貴，因此無法得到大規(guī)模的普及應(yīng)用，上世紀(jì)90年代出現(xiàn)的染料敏化太陽能電池 (Dye-sensitized solar cell, DSC)，是一種基于植物葉綠素光合作用原理研制的太陽能 電池，其原材料豐富、成本低、工藝技術(shù)相對簡單，在大面積工業(yè)化生產(chǎn)中具有較大的優(yōu)勢， 同時(shí)所有原材料和生產(chǎn)工藝都是無毒、無污染的，部分材料可以得到充分的回收，對保護(hù)人 類環(huán)境具有重要的意義，因此引起了人們的廣泛關(guān)注，是下一代太陽能電池的有力競爭者， DSC是一種使用寬禁帶半導(dǎo)體材料的太陽能電池，寬禁帶半導(dǎo)體有較高的熱力學(xué)穩(wěn)定性和 光化學(xué)穩(wěn)定性，不過本身捕獲太陽光的能力非常差，但將適當(dāng)?shù)娜玖衔降桨雽?dǎo)體表面上， 借助于染料對可見光的強(qiáng)吸收，可以將半導(dǎo)體的光譜響應(yīng)拓寬到可見光區(qū)，這種現(xiàn)象稱為 半導(dǎo)體的敏化作用，而載有染料的半導(dǎo)體稱為染料敏化半導(dǎo)體電極。染料敏化太陽能電池的主要結(jié)構(gòu)包括光陽極、電解質(zhì)及對電極，其中，光陽極是在 導(dǎo)電基板上制備氧化鈦、氧化鋅等薄膜形成，光陽極起著吸附染料、分離電荷和收集光電子 等作用，光陽極的制備通常采用絲網(wǎng)印刷方法，將半導(dǎo)體漿料涂布在導(dǎo)電基板上，再經(jīng)高溫 燒結(jié)以獲得半導(dǎo)體薄膜，對電極是在導(dǎo)電基板上制備無機(jī)絕緣層，并印刷鉬電極，然后進(jìn)行 燒結(jié)得到，最后將光陽極和對電極進(jìn)行對接、灌注電解質(zhì)、封裝，進(jìn)而得到完整的染料敏化 太陽能電池；當(dāng)太陽光照射到電池上時(shí)，染料分子吸收光能被激發(fā)，激發(fā)態(tài)電子不穩(wěn)定，快 速注入到二氧化鈦(TiO2)導(dǎo)帶中，再通過多孔的TiO2薄膜傳輸?shù)焦怅枠O，從外電路通過負(fù) 載傳輸?shù)綄﹄姌O，同時(shí)失去電子的氧化態(tài)染料分子很快被還原，實(shí)現(xiàn)了電荷分離；電解質(zhì)中 的氧化還原電對(Ι37Γ)將空穴傳輸?shù)綄﹄姌O，與電子復(fù)合，從而完成一個(gè)循環(huán)，由此看出， TiO2薄膜是DSC的重要組成部分之一，它是由納米尺寸的TiA粒子互相連接而成的具有三 維網(wǎng)絡(luò)的多孔結(jié)構(gòu)，TiO2粒子排布結(jié)構(gòu)合理，連接性良好，有助于電子的傳導(dǎo)，從而可以大 大提高染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。但現(xiàn)有對染料敏化太陽能電池的TiA薄膜制備所采用的絲網(wǎng)印刷方法，由于對半 導(dǎo)體漿料的粘度要求很高，通常不能一次成膜，需要反復(fù)的印刷數(shù)次，二氧化鈦薄膜的制備 速度相對較慢，形成的二氧化鈦膜層相對較厚，且二氧化鈦膜層不夠均勻，直接導(dǎo)致染料敏 化太陽能電池轉(zhuǎn)換效率較低。因此，急需一種制備速度快、生成的二氧化鈦膜層均勻、能有效提高染料敏化電池 的轉(zhuǎn)換效率的制備裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備速度快、生成的二氧化鈦膜層均勻、能有效提高 染料敏化電池的轉(zhuǎn)換效率的制備裝置。本發(fā)明的另一目的在于提供一種噴涂方法，利用該方法來制備二氧化鈦膜層，制 備速度快、生成的二氧化鈦膜層均勻、并能有效提高染料敏化電池的轉(zhuǎn)換效率。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為提供一種二氧化鈦漿料噴涂裝置，適用 于染料敏化太陽能電池的二氧化鈦薄膜層的制備，所述二氧化鈦漿料噴涂裝置包括供料單 元、噴涂單元、輸送單元及控制單元，所述供料單元與所述噴涂單元連接，用于為所述噴涂 單元提供二氧化鈦漿料，所述輸送單元設(shè)置于所述噴涂單元的下方，用于輸送玻璃基板，所 述供料單元、噴涂單元及輸送單元均與所述控制單元連接，其中，所述噴涂單元包括噴頭及 噴嘴，所述噴嘴設(shè)置于所述噴頭的一端面上，且正對所述玻璃基板，用于將所述二氧化鈦漿 料噴涂于所述玻璃基板上。較佳地，所述噴嘴至少為一個(gè)，所述噴嘴均勻地布置于所述噴頭的一端面上，更具 體地，所述噴頭與所述玻璃基板之間的距離小于1.00毫米。較佳地，所述噴嘴的開口為8. 00X0. 10毫米，誤差范圍為士0. 02毫米。 較佳地，所述供料單元包括研磨子單元及攪拌子單元，所述研磨子單元與所述攪 拌子單元連接，所述攪拌子單元與所述噴涂單元連接，研磨子單元和攪拌子單元分別用于 對二氧化鈦原料進(jìn)行研磨和攪拌，以得到所需的二氧化鈦漿料。較佳地，所述輸送單元包括輸入子單元及輸出子單元，所述輸入子單元連接于所 述噴涂單元的輸入端，用于輸入玻璃基板，所述輸出子單元連接于所述噴涂單元的輸出端， 用于將噴涂后的玻璃基板輸出。一種使用本發(fā)明二氧化鈦漿料噴涂裝置來制備二氧化鈦膜層的噴涂方法，包括如 下步驟(1)將二氧化鈦原料送入供料單元的研磨子單元，對所述二氧化鈦原料進(jìn)行磨料 處理；( 將所述經(jīng)磨料處理后的二氧化鈦原料輸送到攪拌子單元，進(jìn)行攪拌以得到二氧 化鈦漿料；C3)控制輸送單元的輸入子單元將玻璃基板輸送到指定位置；(4)開啟噴涂單 元，通過噴嘴將所述二氧化鈦漿料噴涂到玻璃基板上，以形成圖案化的二氧化鈦膜層；(5) 控制輸送單元的輸出子單元將所述噴涂后的玻璃基板輸出。較佳地，所述步驟(4)還包括在所述玻璃基板上進(jìn)行多次噴涂的步驟，更具體地， 所述步驟中的噴涂壓力為0. 12kg/cm2。較佳地，所述步驟( 之后還進(jìn)一步包括對所述噴涂后的玻璃基板上的二氧化鈦 膜層進(jìn)行高溫處理的步驟。與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于本發(fā)明的二氧化鈦漿料噴涂裝置，其包括供料單元、噴涂單 元、輸送單元及控制單元，所述供料單元與所述噴涂單元連接，用于為所述噴涂單元提供二 氧化鈦漿料，所述輸送單元設(shè)置于所述噴涂單元的下方，用于輸送玻璃基板，所述供料單 元、噴涂單元及輸送單元均與所述控制單元連接，其中，所述噴涂單元包括噴頭及噴嘴，所 述噴嘴設(shè)置于所述噴頭的一端面上，且正對所述玻璃基板，用于將所述二氧化鈦漿料噴涂 于所述玻璃基板上；采用噴涂方法來制備二氧化鈦膜層，替代現(xiàn)有技術(shù)中的絲網(wǎng)印刷技術(shù)， 使噴涂效率大為提高，同時(shí)使制得的二氧化鈦膜層更均勻，能有效提高染料敏化電池的轉(zhuǎn) 換效率；且能根據(jù)實(shí)際需要改變和設(shè)計(jì)噴嘴的數(shù)量，并能在噴涂過程中，分段執(zhí)行噴涂工
4藝，以得到所需的圖案化的二氧化鈦膜層，使得生產(chǎn)的靈活性更高，實(shí)用性更強(qiáng)。


圖1是本發(fā)明噴涂設(shè)備的原理框圖。圖2是本發(fā)明噴涂設(shè)備的具體實(shí)施例的原理框圖。圖3是圖1中噴涂單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是噴涂后形成二氧化鈦膜層的玻璃基板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明噴涂方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中類似的元件標(biāo)號(hào)代表類似的元件。如圖1-圖3所示，本發(fā)明二氧化鈦漿料噴涂裝置包括控制單元100、供料單元 200、噴涂單元300及輸送單元400，所述供料單元200與所述噴涂單元300連接，用于為所 述噴涂單元300提供二氧化鈦漿料，所述輸送單元400設(shè)置于所述噴涂單元300的下方，用 于輸送玻璃基板，所述供料單元200、噴涂單元300及輸送單元400均與所述控制單元100 連接，其中，供料單元200包括研磨子單元201及攪拌子單元202，所述研磨子單元201與所 述攪拌子單元202連接，所述攪拌子單元202與所述噴涂單元300連接，研磨子單元201用 于研磨二氧化鈦原料，而攪拌子單元202用于對研磨后的二氧化鈦原料進(jìn)行攪拌，以形成 所需的二氧化鈦漿料，以供噴涂工藝使用；所述輸送單元400包括輸入子單元401及輸出子 單元402，所述輸入子單元401連接于所述噴涂單元300的輸入端，用于輸入玻璃基板，所述 輸出子單元402連接于所述噴涂單元300的輸出端，用于將噴涂后的玻璃基板輸出；所述噴 涂單元300包括噴頭301及噴嘴302，所述噴嘴302設(shè)置于所述噴頭301的一端面上，且正 對所述玻璃基板，所述噴頭301與所述玻璃基板之間的距離在1. 00毫米以下；噴嘴302可 設(shè)計(jì)為一個(gè)，也可設(shè)計(jì)為多個(gè)，設(shè)計(jì)為多個(gè)時(shí)；為多個(gè)時(shí)，所述噴嘴302均勻地布置于所述 噴頭301的一端面上，用于將所述二氧化鈦漿料噴涂于所述玻璃基板上，優(yōu)選地，所述噴嘴 的開口為8. 00X0. 10毫米，具體地，所述噴嘴的長度為8. 00毫米，所述噴嘴的寬度為0. 10 毫米，誤差范圍為士0. 02毫米；為提高噴涂的效率，可在噴頭301上增加噴嘴302的數(shù)量， 增加的噴嘴302可設(shè)置在高度方向上，也可設(shè)置在長度方向上，還可在高度及長度方向上 都增加。如圖4、圖5所示，使用本發(fā)明二氧化鈦漿料噴涂裝置來制備二氧化鈦膜層的噴涂 方法，包括如下步驟(Si)將二氧化鈦原料送入供料單元的研磨子單元，對所述二氧化鈦原料進(jìn)行磨料 處理；(S2)將所述經(jīng)磨料處理后的二氧化鈦原料輸送到攪拌子單元，進(jìn)行攪拌以得到二 氧化鈦漿料；(S3)控制輸送單元的輸入子單元將玻璃基板輸送到指定位置；(S4)開啟噴涂單元，通過噴嘴將所述二氧化鈦漿料噴涂到玻璃基板上，以形成圖 案化的二氧化鈦膜層；(S5)控制輸送單元的輸出子單元將所述噴涂后的玻璃基板輸出。
利用本發(fā)明噴涂方法對玻璃基板進(jìn)行噴涂后，得到具有圖案化的二氧化鈦膜層 501的玻璃基板500，為在玻璃基板500上得到更多的圖案化的二氧化鈦膜層501，在上述步 驟(S4)中還包括在所述玻璃基板500上進(jìn)行多次噴涂的步驟，并可在所述玻璃基板500上 分段執(zhí)行噴涂工藝；同時(shí)，為提高噴涂的效率，還可在噴頭301上增加噴嘴302的數(shù)量，增加 的噴嘴302可設(shè)置于高度方向上，也可設(shè)置于長度方向上，還可在高度及長度方向上都設(shè) 置；進(jìn)一步地，為使得到的二氧化鈦膜層滿足生產(chǎn)的要求，在步驟(S4)中的噴涂壓力優(yōu)選 為 0. 12kg/cm2。較佳者，所述步驟(S。之后還進(jìn)一步包括對所述噴涂后的玻璃基板上的二氧化 鈦膜層進(jìn)行高溫處理的步驟。由于本發(fā)明的二氧化鈦漿料噴涂裝置包括控制單元100、供料單元200、噴涂單元 300及輸送單元400，所述供料單元200與所述噴涂單元300連接，用于為所述噴涂單元300 提供二氧化鈦漿料，所述輸送單元400設(shè)置于所述噴涂單元300的下方，用于輸送玻璃基 板，所述供料單元200、噴涂單元300及輸送單元400均與所述控制單元100連接，其中，所 述噴涂單元300包括噴頭301及噴嘴302，所述噴嘴302設(shè)置于所述噴頭301的一端面上， 且正對所述玻璃基板，用于將所述二氧化鈦漿料噴涂于所述玻璃基板上；采用噴涂方法來 制備二氧化鈦膜層，替代現(xiàn)有技術(shù)中的絲網(wǎng)印刷技術(shù)，使噴涂效率大為提高，同時(shí)使制得的 二氧化鈦膜層更均勻，能有效提高染料敏化電池的轉(zhuǎn)換效率；且能根據(jù)實(shí)際需要改變和設(shè) 計(jì)噴嘴302的數(shù)量，并能在噴涂過程中，分段執(zhí)行噴涂工藝，以得到所需的圖案化二氧化鈦 膜層，使得生產(chǎn)的靈活性更高，實(shí)用性更強(qiáng)。本發(fā)明二氧化鈦漿料噴涂裝置并不限于在制備染料敏化太陽能電池的二氧化鈦 薄膜層中使用，還可根據(jù)實(shí)際需要，用于相類似的其他膜層的制備中。本發(fā)明二氧化鈦漿料噴涂裝置的輸送單元及供料單元的設(shè)計(jì)和連接安裝方式等 等均為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知，在此不再做詳細(xì)的說明。以上所揭露的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利 范圍，因此依本發(fā)明申請專利范圍所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
權(quán)利要求
1.一種二氧化鈦漿料噴涂裝置，適用于染料敏化太陽能電池的二氧化鈦薄膜層的制 備，其特征在于所述二氧化鈦漿料噴涂裝置包括供料單元、噴涂單元、輸送單元及控制單 元，所述供料單元與所述噴涂單元連接，用于為所述噴涂單元提供二氧化鈦漿料，所述輸送 單元設(shè)置于所述噴涂單元的下方，用于輸送玻璃基板，所述供料單元、噴涂單元及輸送單元 均與所述控制單元連接，其中所述噴涂單元包括噴頭及噴嘴，所述噴嘴設(shè)置于所述噴頭的一端面上，且正對所述玻 璃基板，用于將所述二氧化鈦漿料噴涂于所述玻璃基板上。
2.如權(quán)利要求1所述的二氧化鈦漿料噴涂裝置，其特征在于所述噴嘴至少為一個(gè)，所 述噴嘴均勻地布置于所述噴頭的一端面上。
3.如權(quán)利要求2所述的二氧化鈦漿料噴涂裝置，其特征在于所述噴嘴的開口為 8. 00X0. 10毫米，誤差范圍為士0. 02毫米。
4.如權(quán)利要求1所述的二氧化鈦漿料噴涂裝置，其特征在于所述噴頭與所述玻璃基 板之間的距離小于1.00毫米。
5.如權(quán)利要求1所述的二氧化鈦漿料噴涂裝置，其特征在于所述供料單元包括研磨 子單元及攪拌子單元，所述研磨子單元與所述攪拌子單元連接，所述攪拌子單元與所述噴 涂單元連接。
6.如權(quán)利要求5所述的二氧化鈦漿料噴涂裝置，其特征在于所述輸送單元包括輸入 子單元及輸出子單元，所述輸入子單元連接于所述噴涂單元的輸入端，用于輸入玻璃基板， 所述輸出子單元連接于所述噴涂單元的輸出端，用于將噴涂后的玻璃基板輸出。
7.使用如權(quán)利要求6所述的二氧化鈦漿料噴涂裝置來制備二氧化鈦膜層的噴涂方法， 其特征在于，包括如下步驟(1)將二氧化鈦原料送入供料單元的研磨子單元，對所述二氧化鈦原料進(jìn)行磨料處理；(2)將所述經(jīng)磨料處理后的二氧化鈦原料輸送到攪拌子單元，進(jìn)行攪拌以得到二氧化 鈦漿料；(3)控制輸送單元的輸入子單元將玻璃基板輸送到指定位置；(4)開啟噴涂單元，通過噴嘴將所述二氧化鈦漿料噴涂到玻璃基板上，以形成圖案化的二氧化鈦膜層；(5)控制輸送單元的輸出子單元將所述噴涂后的玻璃基板輸出。
8.如權(quán)利要求7所述的噴涂方法，其特征在于所述步驟(4)還包括在所述玻璃基板 上進(jìn)行多次噴涂的步驟。
9.如權(quán)利要求8所述的噴涂方法，其特征在于所述步驟(4)中的噴涂壓力為0.12kg/2cm ο
10.如權(quán)利要求7所述的噴涂方法，其特征在于所述步驟( 之后還進(jìn)一步包括對所 述噴涂后的玻璃基板上的二氧化鈦膜層進(jìn)行高溫處理的步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二氧化鈦漿料噴涂裝置，其包括與控制單元連接的供料單元、噴涂單元及輸送單元，供料單元與噴涂單元連接以提供二氧化鈦漿料，輸送單元設(shè)置于噴涂單元的下方以輸送玻璃基板，噴涂單元包括噴頭及設(shè)置于噴頭的一端面上且正對玻璃基板的噴嘴，噴嘴用于將二氧化鈦漿料噴涂于玻璃基板上；用噴涂方法來制備二氧化鈦膜層，替代現(xiàn)有的絲網(wǎng)印刷技術(shù)，使噴涂效率大為提高，同時(shí)使制得的二氧化鈦膜層更均勻，能有效提高染料敏化電池的轉(zhuǎn)換效率；且能根據(jù)實(shí)際需要改變和設(shè)計(jì)噴嘴的數(shù)量，在噴涂過程中可分段執(zhí)行噴涂工藝，以得所需圖案化的二氧化鈦膜層，使得生產(chǎn)的靈活性更高，實(shí)用性更強(qiáng)。另，本發(fā)明還公開了一種制備二氧化鈦膜層的噴涂方法。
文檔編號(hào)C03C17/23GK102126830SQ20111004845
公開日2011年7月20日 申請日期2011年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月2日
發(fā)明者楊明生, 譚國良, 趙偉明 申請人:東莞宏威數(shù)碼機(jī)械有限公司, 東莞有機(jī)發(fā)光顯示產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院