專利名稱：由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)方案涉及專門適用于將光能轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體器件，具體地說是 由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前的染料敏化太陽電池(Dye-sensitized Solar Cell，簡稱DSSC)以硅電池 十分之一的成本實(shí)現(xiàn)了與硅電池接近的光電轉(zhuǎn)換效率，極具應(yīng)用前景。傳統(tǒng)DSSC主要由 透明導(dǎo)電玻璃、多孔二氧化鈦薄膜、染料敏化劑、溶液或固態(tài)電解質(zhì)和對電極組成。例如， CN201478130U公開的一種固體二氧化鈦染料敏化薄膜太陽能電池的新結(jié)構(gòu)、CN201302932 一種染料敏化太陽能電池的電極結(jié)構(gòu)，CN101740238A —種染料敏化太陽能電池及其制備方 法，都是這一類電池。然而基于液體電解質(zhì)的染料敏化太陽電池由于有機(jī)溶劑和含有Γ/Ι3—氧化還原 對構(gòu)成的液體電解質(zhì)難以避免的泄漏、蒸發(fā)及有機(jī)物自身的降解等因素嚴(yán)重?fù)p害了其穩(wěn)定 性。而基于固態(tài)電解質(zhì)(如CuI、CuSCN和導(dǎo)電高聚物等)的染料敏化太陽電池的光電轉(zhuǎn)換 效率不理想，且性能仍不穩(wěn)定。另外，透明導(dǎo)電玻璃是傳統(tǒng)DSSC中TiO2薄膜的基體材料，其 成本較高，造成了 DSSC電池成本無法真正降低。并且，傳統(tǒng)DSSC中，入射太陽光需要首先 經(jīng)過透明導(dǎo)電玻璃，而后才照射在二氧化鈦薄膜上，這就造成約10%的太陽能因被透明導(dǎo) 電玻璃層吸收而損失，無法參與電池的光電轉(zhuǎn)換。而且，由于導(dǎo)電玻璃的使用，限制了 DSSC 的輕薄化自身的材料強(qiáng)度性質(zhì)所限，20cmX15cm的單層透明導(dǎo)電玻璃的厚度一般在1. 5mm 以上，則使含兩層透明導(dǎo)電玻璃的DSSC的厚度至少在3mm以上。CN 201010173784. X公開了固態(tài)染料敏化納米晶微晶硅復(fù)合薄膜太陽電池及制備 方法，這是同一發(fā)明人較早的發(fā)明專利申請。該專利技術(shù)是將染料敏化納米晶材料和微晶 硅復(fù)合薄膜材料相互匹配復(fù)合，所制得的固態(tài)染料敏化納米晶微晶硅復(fù)合薄膜太陽電池克 服了現(xiàn)有染料敏化太陽電池存在液態(tài)穩(wěn)定性差和微晶硅薄膜太陽電池存在低制備速率導(dǎo) 致制備成本高的缺點(diǎn)，然而該專利技術(shù)中仍然采用透明導(dǎo)電基底作為DSSC中TiO2薄膜的 基體材料，因而其缺點(diǎn)也是電池成本仍然較高，有一部分太陽光沒有被利用，有待更進(jìn)一步 的創(chuàng)新。對于染料敏化太陽電池的研發(fā)，仍然需要克服目前染料敏化太陽電池對透明導(dǎo)電 玻璃的依賴，電池成本仍然較高，同時(shí)需要克服現(xiàn)有染料敏化太陽電池存在的穩(wěn)定性差的 缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池及 其制備方法，將染料敏化納米晶材料和微晶硅復(fù)合薄膜材料直接制備在導(dǎo)電基底上，克服 了現(xiàn)有技術(shù)中染料敏化太陽電池對透明導(dǎo)電玻璃的依賴和微晶硅薄膜太陽電池存在低制 備速率導(dǎo)致制備成本高，以及現(xiàn)有染料敏化太陽電池存在液態(tài)穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。
本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池，由透明導(dǎo)電層、微晶硅空穴傳輸層、染 料敏化納米晶多孔膜和導(dǎo)電基底構(gòu)成，其中，所述透明導(dǎo)電層為氧化鋅鋁導(dǎo)電層、氧化銦錫 導(dǎo)電層或摻雜氟的SnO2導(dǎo)電層，染料敏化納米晶多孔膜是吸附了染料的納米晶多孔薄膜， 微晶硅空穴傳輸層具備與染料敏化納米晶多孔膜中所吸附的染料相匹配的能級，導(dǎo)電基底 是鈦薄板、鋁薄板、銅薄板、表面鍍有鈦金屬層的鋼薄板、表面鍍有鋁金屬層的鋼薄板、表面 鍍有銅金屬層的鋼薄板、表面鍍有鈦金屬層的玻璃基底、表面鍍有鋁金屬層的玻璃基底、表 面鍍有銅金屬層的玻璃基底、表面鍍有鈦金屬層的陶瓷基底、表面鍍有鋁金屬層的陶瓷基 底或表面鍍有銅金屬層的陶瓷基底；所述染料敏化納米晶多孔膜被涂覆在導(dǎo)電基底上，微 晶硅空穴傳輸層沉積在染料敏化納米晶多孔膜上形成固態(tài)染料敏化納米晶微晶硅復(fù)合薄 膜，透明導(dǎo)電層沉積在微晶硅空穴傳輸層上，由此組成由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太 陽電池。上述由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池，所述染料敏化納米晶多孔 膜中所用的染料是 blackdye (全稱為 Tri (cyanato) _2，2，，2”-terpyridyl-4，4，， 4" -trcarboxylate) ruthenium (II))染料或 RuL2 (NCS) 2 染料。染料blackdye和RuL2 (NCS) 2均是公知的商購材料。上述由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池，所述染料敏化納米晶多孔膜的厚 度為1 30um，其納米晶顆粒直徑為10 lOOnm。上述由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池，所述染料敏化納米晶多孔膜是染 料敏化TW2納米晶多孔膜或是染料敏化ZnO納米晶多孔膜。上述由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池，所述微晶硅空穴傳輸層的厚度為 100 2000nm。上述由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池，所述鈦薄板、鋁薄板、銅薄板和表 面鍍有鈦、鋁或銅金屬層的鋼薄板的厚度在0. 4mm 1. 5mm ；表面鍍有鈦、鋁或銅金屬層的 玻璃基底的厚度為2. 5mm 5mm ；表面鍍有鈦、鋁或銅金屬層的陶瓷基底的厚度為4mm 8mm ο上述由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池的制備方法，其步驟如下第一步，制備涂覆在導(dǎo)電基底上的染料敏化納米晶多孔膜所制備的涂覆在導(dǎo)電基底上的染料敏化納米晶多孔膜是以下A和B兩種中的任意 一種A.制備涂覆在導(dǎo)電基底上的染料敏化TiO2納米晶多孔膜A-1.涂布用T^2納米晶漿料的制備以取所需量的異丙醇鈦為前驅(qū)體，按質(zhì)量比為異丙醇鈦冰乙酸=4.8 1，將冰 乙酸加入到攪拌中的異丙醇鈦中，室溫下攪拌5 15min后，將由此形成的混合液轉(zhuǎn)移到 去離子水中，該混合液與去離子水用量的體積比為1 10，繼續(xù)攪拌0. 5 1. 5h使異丙醇 鈦充分水解后，再按該混合液與HNO3用量的體積比為20 1，加入重量百分比濃度為65% 的HNO3，然后將由此生成的懸濁液進(jìn)行攪拌水浴加熱處理，在20 60min內(nèi)使其自室溫均 勻升溫至70 80°C，并保溫5 15min，至該液體剛好澄清形成溶膠，向該溶膠加入去離子 水，該溶膠與去離子水用量的體積比為15 20 1，取由此得到的液體200mL放入容積為300mL的高壓釜中，壓力為5 lOMPa，在210 270°C溫度范圍內(nèi)熱處理12 36h，取出 由此得到的含T^2納米晶沉淀的漿狀混合物置于另一個(gè)容器中，并按該漿狀混合物與HNO3 用量的體積比為20 1，加入重量百分比濃度為65%的HNO3,然后用超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)超 聲處理MOmin使其分散，再將由此所得漿狀懸濁液在壓力為-0. IMPa，溫度為40°C的條件 下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)60min，然后以轉(zhuǎn)速為12000r/min進(jìn)行高速離心至干態(tài)，再用無水乙醇洗滌，重 復(fù)進(jìn)行一次該高速離心和用無水乙醇洗滌的操作過程，最后用去離子水洗滌一次，即獲得 TiO2納米晶半導(dǎo)體顆粒，將該TiO2納米晶半導(dǎo)體顆粒與聚乙二醇按質(zhì)量比為1 5 1混 合，按HNO3與該TiO2納米晶半導(dǎo)體顆粒的質(zhì)量比為1 5，加入重量百分比濃度為10%的 HNO3作為分散劑，同時(shí)按去離子水與該TiO2納米晶半導(dǎo)體顆粒的質(zhì)量比為1 1，加入去離 子水，對由此生成的混合物進(jìn)行他行星球磨混料處理后，再按Triton XlOO與該TIO2納米 晶半導(dǎo)體顆粒的質(zhì)量比為1 50 JnATriton XlOO乳化劑，超聲處理30min，得到涂布用 TiO2納米晶漿料；A-2.導(dǎo)電基底的處理所述導(dǎo)電基底是鈦薄板、鋁薄板、銅薄板、表面鍍有鈦、鋁或銅金屬層的鋼薄板、表 面鍍有鈦、鋁或銅金屬層的玻璃基底或表面鍍有鈦、鋁或銅金屬層的陶瓷基底，將所選用的 導(dǎo)電基底先用通用的清洗劑清洗于凈，再分別用丙酮和乙醇超聲波清洗20min，然后用去離 子水沖洗，沖洗后的導(dǎo)電基底浸泡在無水乙醇中0. 5h，隨后取出用氮?dú)獯蹈?，放入摩爾濃?為40mmol/L的TiCl4水溶液中，在70°C水浴條件下處理30min，待用；A-3.涂覆用半自動(dòng)涂布機(jī)將A-I步得到的涂布用TW2納米晶漿料涂覆在經(jīng)A-2步處理后 的導(dǎo)電基底上面，涂布濕膜厚度為80 μ m,涂布完畢放入63°C烘箱中烘烤60min取出，重復(fù) 上述涂覆和烘烤工藝操作過程2 5次，得到干燥的涂覆了 TiO2納米晶漿料的導(dǎo)電基底；A-4.熱處理該熱處理工藝是指以下兩種熱處理工藝中的任意一種A-4-1.涂覆了 TiO2納米晶漿料的導(dǎo)電基底的熱處理步驟如下將A-3步得到的干 燥的涂覆了 TW2納米晶漿料的導(dǎo)電基底放入馬弗爐中進(jìn)行熱處理，熱處理采用10°C /min 的升溫速率和多段式加熱方式，程序是從室溫加熱至260°C并保溫5min，再加熱至375°C 并保溫5min，再加熱至450°C并保溫15min，再加熱至500°C并保溫15min，得到涂覆在導(dǎo)電 基底上的TW2納米晶多孔膜；A-4-2.涂覆了 TiO2納米晶漿料的除玻璃基底之外的導(dǎo)電基底的熱處理步驟如下 將A-3步得到的干燥的涂覆了 TW2納米晶漿料的導(dǎo)電基底放入摩爾濃度為50mmol/L的 TiCl4水溶液中，在70°C水浴條件下處理30min，然后將處理后的涂覆了 TW2納米晶漿料 的導(dǎo)電基底浸入盛有丙酮、乙醇與去離子水的溶液的容器中，乙醇與丙酮與水的體積比為 0.2 1 1，并將該容器放置于多功能振蕩器內(nèi)，振蕩0.5h，然后把經(jīng)振蕩清洗后的涂覆 了 TW2納米晶漿料的導(dǎo)電基底放入烘箱中進(jìn)行熱處理，熱處理采用2V Mn的升溫速率， 多段式加熱，程序是室溫加熱至59°C并保溫5min，再加熱至80°C并保溫30min，再加熱至 105°C并保溫15min，得到涂覆在導(dǎo)電基底上的TW2納米晶多孔膜；A-5.吸附染料將A-4步熱處理得到涂覆在導(dǎo)電基底上的TW2納米晶多孔膜放入摩爾濃度為40mmol/L的TiCl4水溶液中，在70°C水浴條件下處理30min，然后在溫度500°C下燒結(jié) 30min,當(dāng)該涂覆在導(dǎo)電基底上的TW2納米晶多孔膜溫度降至80°C時(shí)將其浸入摩爾濃度為 0. 5mmol/L的blackdye染料或RuL2 (NCS) 2染料的無水乙醇溶液中，避光浸泡Mh，制得涂覆 在導(dǎo)電基底上的染料敏化TW2納米晶多孔膜，其厚度為Ium 30um，其納米晶顆粒直徑為 IOnm IOOnm ；B.制備涂覆在導(dǎo)電基底上的染料敏化ZnO納米晶多孔膜B-1.涂布用ZnO納米晶漿料的制備將等質(zhì)量的摩爾濃度均為0. 5mol/L的醋酸鋅溶液和碳酸鈉溶液混合，經(jīng)攪拌 反應(yīng)Ih后，過濾分離出沉淀，該沉淀先用摩爾濃度為0. lmol/L的稀氨水洗滌，再用無 水乙醇洗滌三次，最后在溫度60 V下烘干，再在溫度350 V下焙燒lh，得到ZnO粉體，按 Ig 6. 25mL的比例，取所需量的該ZnO粉體放入相應(yīng)體積的乙醇中，超聲分散制備成涂布 用ZnO納米晶漿料；B-2.導(dǎo)電基底的處理同 A-2 ；B-3.涂覆用半自動(dòng)涂布機(jī)將B-I步得到的涂布用ZnO納米晶漿料涂覆在經(jīng)B_2步處理后的 導(dǎo)電基底上面，涂布濕膜厚度為80 μ m,晾干，得到干燥的涂覆了 ZnO納米晶漿料的導(dǎo)電基 底；B-4.熱處理將B-3步得到的干燥的涂覆了 ZnO納米晶漿料的導(dǎo)電基底放入直接放入馬沸爐中 于溫度350°C下焙燒lh，得到涂覆在導(dǎo)電基底上的ZnO納米晶多孔膜；B-5.吸附染料待B-4步得到的涂覆在導(dǎo)電基底上的ZnO納米晶多孔膜冷卻至80°C時(shí)，趁熱放入 摩爾濃度為0. 5mmol/L的blackdye染料或RuL2 (NCS)2染料的無水乙醇溶液中，避光浸泡 池，取出用乙醇沖洗掉多余染料，制得涂覆在導(dǎo)電基底上的染料敏化ZnO納米晶多孔膜，其 厚度為1 30um，其納米晶顆粒直徑為10 IOOnm ；第二步，制備固態(tài)染料敏化納米晶微晶硅復(fù)合薄膜將第一步制得的涂覆在導(dǎo)電基底上的染料敏化納米晶多孔膜在無水乙醇中沖洗 3min，然后將其取出用氮?dú)獯蹈?，以此涂覆在?dǎo)電基底上的染料敏化納米晶多孔膜為襯底， 在電容渦合式等離子體化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)中沉積微晶硅薄膜層，反應(yīng)氣體是體積百分比 為SiH4 BH3 SiH4 H2 = 1 0. 4 0. 4 98. 2的混合氣體，上述襯底的溫度固定為 1700C，射頻功率為50 80W，沉積氣壓為50 200Pa，氣體總流量為200毫升/分鐘，沉積 時(shí)間是60 150min，由此制得微晶硅固態(tài)染料敏化納米晶微晶硅復(fù)合薄膜，其中微晶硅空 穴傳輸層的厚度為100 2000nm，該微晶硅空穴傳輸層具備與染料相匹配的能級；第三步，制備由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池將透明導(dǎo)電層鍍在第二步制得的固態(tài)染料敏化納米晶微晶硅復(fù)合薄膜上形成透 明導(dǎo)電層表面電極，并最終制得由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池，具體方法是采 用以下三種氧化物透明導(dǎo)電層中的任意一種A.氧化鋅鋁導(dǎo)電層
采用磁控濺射裝置制備氧化鋅鋁導(dǎo)電層，該磁控濺射裝置以上述第二步制得的微 晶硅固態(tài)染料敏化納米晶微晶硅復(fù)合薄膜作為襯底，在制備前用丙酮、無水乙醇及去離子 水對該襯底進(jìn)行超聲清洗并純氮吹干備用，采用攙雜了重量比為2%的Al2O3的純度達(dá)到 99. 99% ZnO陶瓷靶作為靶材，靶到襯底的距離是10cm，在襯底附近安裝一個(gè)熱電偶，首先 將濺射室抽到真空度為9X KT4Pa的本底真空，用大的Ar氣流量對腔室進(jìn)行沖洗，在1 2 范圍內(nèi)用強(qiáng)的等離子體對襯底和靶表面進(jìn)行清洗，電源頻率為13. 56MHz，功率在100 200W，工作氣壓在0. 3 1. OPa,在整個(gè)制備過程中，上述襯底以每分鐘10圈的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，至 此即將氧化鋅鋁導(dǎo)電層鍍在第二步制得的固態(tài)染料敏化納米晶微晶硅復(fù)合薄膜上形成透 明導(dǎo)電層表面電極，并最終制得由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池；B.氧化銦錫導(dǎo)電層采用三靶共濺射高真空磁控濺射裝置制備氧化銦錫導(dǎo)電層，該磁控濺射裝置以上 述第二步制得的微晶硅固態(tài)染料敏化納米晶微晶硅復(fù)合薄膜作為襯底，在制備前用丙酮、 無水乙醇及去離子水對該襯底進(jìn)行超聲清洗并純氮吹干備用，以質(zhì)量比為^i2O3 SnO2 = 19 1，純度為99. 9%的ITO陶瓷塊體為靶材，靶面直徑為60mm，靶厚為5mm，濺射沉積時(shí)采 用Ar氣為濺射氣體，O2氣為反應(yīng)氣體，操作中沉積的壓強(qiáng)為lPa，襯底溫度為室溫，薄膜沉 積時(shí)間為30min，反應(yīng)氧分壓比為5% 20%，濺射功率為100W 200W，通過直流反應(yīng)磁控 濺射方法，在襯底上制備ITO薄膜，至此即將氧化銦錫導(dǎo)電層鍍在第二步制得的固態(tài)染料 敏化納米晶微晶硅復(fù)合薄膜上形成透明導(dǎo)電層表面電極，并最終制得由微晶硅層為入射層 的復(fù)合薄膜太陽電池；C.摻雜氟的SnO2導(dǎo)電層將SnCl2溶于無水乙醇，配制成所需要用量的0. lmol/L的SnCl2無水乙醇溶液，按 體積比為H2O SnCl2無水乙醇=1 0.75向該無水乙醇溶液中緩慢滴加入H2O,在80°C 回流4小時(shí)，然后加入0. lmol/L的NH4F水溶液直至F Sn的摩爾比為0. 1，再按每 IOOml上述SnCl2+乙醇溶液+NH4F的水溶液中滴入0. 05ml甲酰胺，將最終配制好的溶液靜 置Mh，將上述第二步制得的微晶硅固態(tài)染料敏化納米晶微晶硅復(fù)合薄膜作為基片放入此 溶液中3mm/min提拉，然后在100°C真空干燥箱中干燥15分鐘，再放入馬弗爐中緩慢加溫到 300°C，重復(fù)以上的提拉、干燥和緩慢加溫過程4次，最終在馬弗爐中300°C處理30分鐘，至 此將摻雜氟的SnO2導(dǎo)電層鍍在第二步制得的固態(tài)染料敏化納米晶微晶硅復(fù)合薄膜上形成 透明導(dǎo)電層表面電極，并最終制得由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池。上述由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池的制備方法中，所述反應(yīng)氧分壓比 即為Ar氣與&氣的分壓比，等于Ar氣與仏氣的摩爾比。上述由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池的制備方法中，所涉及的原材料和 設(shè)備是本技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以通過商購或外加工獲得的；工藝操作方法均是本技術(shù) 領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知和能夠重復(fù)實(shí)施的。本發(fā)明的有益效果是I.本發(fā)明的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池在結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新現(xiàn)有的染料敏化太陽電池的結(jié)構(gòu)為①導(dǎo)電玻璃基底(此基底為玻璃+透明導(dǎo)電 氧化物層)，②吸附了染料的納米晶多孔薄膜，③電解液或固體電解質(zhì)，④含鉬或碳黑的導(dǎo) 電基底。這四部分疊加在一起，就構(gòu)成了染料敏化太陽電池。
現(xiàn)有的微晶硅薄膜太陽電池的結(jié)構(gòu)為①P型微晶硅薄膜層，②I型(本征層)微 晶硅薄膜層，③N型微晶硅薄膜層。這三層疊加在一起，并在薄膜兩側(cè)分別鍍上導(dǎo)電的銀柵 線和銅或鋁等薄膜構(gòu)成的導(dǎo)電基底后，就構(gòu)成微晶硅太陽電池。本發(fā)明的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池的結(jié)構(gòu)為①透明導(dǎo)電氧化物 層，②微晶硅空穴傳輸層，③染料敏化納米晶多孔膜，④導(dǎo)電基底。這四部分相互匹配復(fù)合 在一起，染料敏化納米晶多孔膜被涂覆在導(dǎo)電基底上，微晶硅空穴傳輸層沉積在染料敏化 納米晶多孔膜上，透明導(dǎo)電層沉積在微晶硅空穴傳輸層上，以上四個(gè)功能層依次疊加，構(gòu)成 此太陽電池，太陽光依次射入透明導(dǎo)電層、微晶硅空穴傳輸層和染料敏化納米晶多孔膜層， 形成光電流，由此構(gòu)成了本發(fā)明的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池。本發(fā)明的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池的結(jié)構(gòu)完全不同于現(xiàn)有的染 料敏化太陽電池和現(xiàn)有的微晶硅薄膜太陽電池，是在將這兩種現(xiàn)有電池的理念和技術(shù)經(jīng)過 反復(fù)艱辛的研究和實(shí)驗(yàn)，加以相互匹配復(fù)合，最終才研制出由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄 膜太陽電池的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而制得由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池，因而本發(fā)明具有 突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)。II.本發(fā)明的顯著進(jìn)步在本發(fā)明由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池的制備方法中，是通過將染料 敏化納米晶多孔膜層直接制備在導(dǎo)電基底上，從而避免了使用透明導(dǎo)電玻璃，克服了現(xiàn)有 技術(shù)中染料敏化太陽電池對透明導(dǎo)電玻璃的依賴和微晶硅薄膜太陽電池存在低制備速率 導(dǎo)致制備成本高，以及現(xiàn)有染料敏化太陽電池存在液態(tài)穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1.透明導(dǎo)電層，2.微晶硅空穴傳輸層3.染料，4.納米晶多孔膜，5.導(dǎo)電基底。
具體實(shí)施例方式圖1說明本發(fā)明的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池由透明導(dǎo)電層1、微 晶硅空穴傳輸層2、染料3、納米晶多孔膜4和導(dǎo)電基底5構(gòu)成，其中染料3被吸附在納米 晶多孔薄膜4上，從而形成染料敏化納米晶多孔膜3+4，也就是說，本發(fā)明的由微晶硅層為 入射層的復(fù)合薄膜太陽電池由透明導(dǎo)電層1、微晶硅空穴傳輸層3、染料敏化納米晶多孔膜 3+4和導(dǎo)電基底5構(gòu)成。實(shí)施例1固態(tài)blackdye染料敏化TiO2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電 池，由摻雜氟的SnO2導(dǎo)電層、微晶硅空穴傳輸層、blackdye染料敏化TiO2納米晶多孔膜和表 面鍍有鈦金屬層的鋼薄板基底構(gòu)成，所述blackdye染料敏化TiO2納米晶多孔膜被涂覆在 表面鍍有鈦金屬層的鋼薄板基底上，微晶硅空穴傳輸層沉積在blackdye染料敏化TiO2納 米晶多孔膜上形成固態(tài)blackdye染料敏化TW2納米晶微晶硅復(fù)合薄膜，由摻雜氟的SnA 導(dǎo)電層被鍍在固態(tài)blackdye染料敏化TW2納米晶微晶硅復(fù)合薄膜上形成摻雜氟的SnA導(dǎo)電層表面電極。上述固態(tài)blackdye染料敏化TW2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽 電池，所述blackdye染料敏化1102納米晶多孔膜的厚度為lum，其納米晶顆粒直徑為lOnm， 所述微晶硅空穴傳輸層的厚度為lOOnm，上述表面鍍有鈦的鋼薄板的厚度在0. 4mm。上述固態(tài)blackdye染料敏化TW2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽 電池的制備方法如下第一步，制備涂覆在表面鍍有鈦金屬層的鋼薄板基底上的blackdye染料敏化TW2 納米晶多孔膜(1)涂布用TiA納米晶漿料的制備以取所需量的異丙醇鈦為前驅(qū)體，按質(zhì)量比為異丙醇鈦冰乙酸=4.8 1，將冰 乙酸加入到攪拌中的異丙醇鈦中，室溫下攪拌5min后，將由此形成的混合液轉(zhuǎn)移到去離子 水中，該混合液與去離子水用量的體積比為1 10，繼續(xù)攪拌0. 使異丙醇鈦充分水解后， 再按該混合液與HNO3用量的體積比為20 1，加入重量百分比濃度為65%的HNO3,然后將 由此生成的懸濁液進(jìn)行攪拌水浴加熱處理，在20min內(nèi)使其自室溫均勻升溫至70°C，并保 溫5min，至該液體剛好澄清形成溶膠，向該溶膠加入去離子水，該溶膠與去離子水用量的體 積比為15 1，取由此得到的液體200mL轉(zhuǎn)入容積為300mL的高壓釜中，壓力為5MPa，在 210°C溫度范圍內(nèi)熱處理12h，取出由此得到的含TiO2納米晶沉淀的漿狀混合物置于另一個(gè) 容器中，并按該漿狀混合物與HNO3用量的體積比為20 1，加入重量百分比濃度為65%的 HNO3,然后用超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)超聲處理MOmin使其分散，再將由此所得漿狀懸濁液在壓 力為-0. IMPa,溫度為40°C的條件下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)60min，然后以轉(zhuǎn)速為12000r/min進(jìn)行高速離 心至干態(tài)，再用無水乙醇洗滌，重復(fù)進(jìn)行一次該高速離心和用無水乙醇洗滌的操作過程，最 后用去離子水洗滌一次，即獲得TW2納米晶半導(dǎo)體顆粒，將該TW2納米晶半導(dǎo)體顆粒與聚 乙二醇按質(zhì)量比為1 1混合，按HNO3與該TiO2納米晶半導(dǎo)體顆粒的質(zhì)量比為1 5，加 入重量百分比濃度為10%的HNO3作為分散劑，同時(shí)按去離子水與該TW2納米晶半導(dǎo)體顆 粒的質(zhì)量比為1 1，加入去離子水，對由此生成的混合物進(jìn)行他行星球磨混料處理后，再 按Triton XlOO乳化劑與該TiO2納米晶半導(dǎo)體顆粒的質(zhì)量比為1 50，加入Triton X100 乳化劑，超聲處理30min，得到涂布用TW2納米晶漿料；(2)表面鍍有鈦金屬層的鋼薄板基底的處理將表面鍍有鈦金屬層的鋼薄板基底先用通用的清洗劑清洗干凈，再分別用丙酮和 乙醇超聲波清洗20min，然后用去離子水沖洗，清洗后的表面鍍有鈦金屬層的鋼薄板基底浸 泡在無水乙醇中0. 5h，隨后取出用氮?dú)獯蹈?，放入摩爾濃度?0mmol/L的TiCl4水溶液中， 在70°C水浴條件下處理30min，待用；(3)涂覆用刮刀連續(xù)可調(diào)節(jié)并能精確控制涂覆厚度至5 μ m的半自動(dòng)涂布機(jī)將(1)步制得 的涂布用TiO2納米晶漿料涂覆在經(jīng)( 步處理后的表面鍍有鈦金屬層的鋼薄板基底上面， 涂布濕膜厚度為80 μ m,涂布完畢放入63°C烘箱中烘烤60min取出，重復(fù)上述涂覆和烘烤工 藝操作過程2次，得到干燥的涂覆了 T^2納米晶漿料的表面鍍有鈦金屬層的鋼薄板基底；(4)熱處理將(3)步得到的干燥的涂覆了 T^2納米晶漿料的表面鍍有鈦金屬層的鋼薄板基底放入摩爾濃度為50mmol/L的TiCl4水溶液中，在70°C水浴條件下處理30min，然后將處理 后的涂覆了 TW2納米晶漿料的導(dǎo)電基底浸入盛有丙酮、乙醇與去離子水的溶液的容器中， 乙醇與丙酮與水的體積比為0.2 1 1，并將該容器放置于多功能振蕩器內(nèi)，振蕩0.5h， 然后把經(jīng)振蕩清洗后的涂覆了 TiO2納米晶漿料的導(dǎo)電基底放入烘箱中進(jìn)行熱處理，熱處理 采用2 V Mn的升溫速率，多段式加熱，程序是室溫加熱至59°C并保溫5min，再加熱至 80°C并保溫30min，再加熱至105°C并保溫15min，得到涂覆在導(dǎo)電基底上的TW2納米晶多 孔膜；(5)吸附 blackdye 染料將(4)步熱處理得到的涂覆在表面鍍有鈦金屬層的鋼薄板基底上的TW2納米晶 多孔膜放入摩爾濃度為40mmol/L的TiCl4水溶液中，在70°C水浴條件下處理30min，然后 在溫度500°C下燒結(jié)30min，當(dāng)該涂覆在摻雜氟的SnA透明導(dǎo)電玻璃基底上的TW2納米晶 多孔膜的溫度降至80°C時(shí)，將其浸入摩爾濃度為0. 5mmol/L的blackdye染料的無水乙醇溶 液中，避光浸泡Mh，制得涂覆在鈦金屬基底上的blackdye染料敏化TW2納米晶多孔膜，其 厚度為lum，其納米晶顆粒直徑為IOnm ；第二步，制備固態(tài)blackdye染料敏化TW2納米晶微晶硅復(fù)合薄膜將第一步制得的涂覆在表面鍍有鈦金屬層的鋼薄板基底上的blackdye染料敏 化TW2納米晶多孔膜在無水乙醇中沖洗3min，然后將其取出用氮?dú)獯蹈?，以此涂覆?表面鍍有鈦金屬層的鋼薄板基底上的blackdye染料敏化TW2納米晶多孔膜為襯底，在 電容渦合式等離子體化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)中沉積微晶硅薄膜層，反應(yīng)氣體是體積百分比為 SiH4 BH3 SiH4 H2 = I 0.4 0.4 98. 2的混合氣體，上述襯底的溫度固定為170°C， 射頻功率為50W，沉積氣壓為50Pa，氣體總流量為200毫升/分鐘，沉積時(shí)間是60min，由此 制得固態(tài)blackdye染料敏化T^2納米晶微晶硅復(fù)合薄膜，其中微晶硅空穴傳輸層的厚度 為lOOnm，該微晶硅空穴傳輸層具備與blackdye染料相匹配的能級；第三步，制備固態(tài)blackdye染料敏化TiO2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合 薄膜太陽電池將SnCl2溶于無水乙醇，配制成所需要用量的0. lmol/L的SnCl2無水乙醇溶液，按 體積比為H2O SnCl2無水乙醇=1 0.75向該無水乙醇溶液中緩慢滴加入H2O,在80°C 回流4小時(shí)，然后加入0. lmol/L的NH4F水溶液直至F Sn的摩爾比為0. 1，再按每 IOOml上述SnCl2+乙醇溶液+NH4F的水溶液中滴入0. 05ml甲酰胺，將最終配制好的溶液靜 置Mh，將上述第二步制得的固態(tài)blackdye染料敏化TW2納米晶微晶硅復(fù)合薄膜作為基片 放入此溶液中3mm/min提拉，然后在100°C真空干燥箱中干燥15分鐘，再放入馬弗爐中緩慢 加溫到300°C，重復(fù)以上的提拉、干燥和緩慢加溫過程4次，最終在馬弗爐中300°C處理30 分鐘，至此將摻雜氟的SnA導(dǎo)電層鍍在第二步制得的固態(tài)blackdye染料敏化TW2納米晶 微晶硅復(fù)合薄膜上形成透明導(dǎo)電層表面電極，并最終制得由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜 太陽電池。實(shí)施例2固態(tài)blackdye染料敏化TiO2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電 池，由摻雜氟的SnO2導(dǎo)電層、微晶硅空穴傳輸層、blackdye染料敏化TiO2納米晶多孔膜和表 面鍍有鋁金屬層的鋼薄板基底構(gòu)成，所述blackdye染料敏化TiO2納米晶多孔膜被涂覆在表面鍍有鋁金屬層的鋼薄板基底上，微晶硅空穴傳輸層沉積在blackdye染料敏化TiO2納 米晶多孔膜上形成固態(tài)blackdye染料敏化TW2納米晶微晶硅復(fù)合薄膜，由摻雜氟的SnA 導(dǎo)電層被鍍在固態(tài)blackdye染料敏化TW2納米晶微晶硅復(fù)合薄膜上形成摻雜氟的SnA導(dǎo) 電層表面電極。上述固態(tài)blackdye染料敏化TW2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽 電池，所述blackdye染料敏化TiO2納米晶多孔膜的厚度為lum，其納米晶顆粒直徑為lOnm， 所述微晶硅空穴傳輸層的厚度為lOOnm，上述表面鍍有的鋼薄板的厚度為1.0mm。上述固態(tài)blackdye染料敏化TW2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽 電池的制備方法，除用表面鍍有鋁金屬層的鋼薄板基底替換表面鍍有鈦金屬層的鋼薄板基 底之外，其他均同實(shí)施例1，最終制得具有上述參數(shù)的固態(tài)blackdye染料敏化TW2納米晶 的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池。實(shí)施例3固態(tài)blackdye染料敏化TiO2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電 池，由摻雜氟的SnO2導(dǎo)電層、微晶硅空穴傳輸層、blackdye染料敏化TiO2納米晶多孔膜和表 面鍍有銅金屬層的鋼薄板基底構(gòu)成，所述blackdye染料敏化TiO2納米晶多孔膜被涂覆在 表面鍍有銅金屬層的鋼薄板基底上，微晶硅空穴傳輸層沉積在blackdye染料敏化TiO2納 米晶多孔膜上形成固態(tài)blackdye染料敏化TW2納米晶微晶硅復(fù)合薄膜，由摻雜氟的Sn02 導(dǎo)電層被鍍在固態(tài)blackdye染料敏化TiO2納米晶微晶硅復(fù)合薄膜上形成摻雜氟的Sn02導(dǎo) 電層表面電極。上述固態(tài)blackdye染料敏化TW2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽 電池，所述blackdye染料敏化TiO2納米晶多孔膜的厚度為lum，其納米晶顆粒直徑為lOnm， 所述微晶硅空穴傳輸層的厚度為lOOnm，上述表面鍍有銅金屬層的鋼薄板的厚度為1. 5mm。上述固態(tài)blackdye染料敏化TW2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽 電池的制備方法，除用表面鍍有銅金屬層的鋼薄板基底替換表面鍍有鈦金屬層的鋼薄板基 底之外，其他均同實(shí)施例1，最終制得具有上述參數(shù)的固態(tài)blackdye染料敏化TiO2納米晶 的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池。實(shí)施例4固態(tài)blackdye染料敏化TiO2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電 池，由摻雜氟的SnA導(dǎo)電層、微晶硅空穴傳輸層、blackdye染料敏化TW2納米晶多孔膜和 鈦薄板基底構(gòu)成，所述blackdye染料敏化TiO2納米晶多孔膜被涂覆在鈦薄板基底上，微晶 硅空穴傳輸層沉積在blackdye染料敏化TiO2納米晶多孔膜上形成固態(tài)blackdye染料敏化 TiO2納米晶微晶硅復(fù)合薄膜，由摻雜氟的SnO2導(dǎo)電層被鍍在固態(tài)blackdye染料敏化TW2 納米晶微晶硅復(fù)合薄膜上形成摻雜氟的SnA導(dǎo)電層表面電極。上述固態(tài)blackdye染料敏化TW2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽 電池，所述blackdye染料敏化TiO2納米晶多孔膜的厚度為lum，其納米晶顆粒直徑為lOnm， 所述微晶硅空穴傳輸層的厚度為lOOnm，上述鈦薄板的厚度為0. 4mm。上述固態(tài)blackdye染料敏化TW2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽 電池的制備方法，除用鈦薄板基底替換表面鍍有鈦金屬層的鋼薄板基底之外，其他均同實(shí) 施例1，最終制得具有上述參數(shù)的固態(tài)blackdye染料敏化TiO2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池。實(shí)施例5固態(tài)blackdye染料敏化TiO2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電 池，由摻雜氟的Sn02導(dǎo)電層、微晶硅空穴傳輸層、blackdye染料敏化TW2納米晶多孔膜和 鋁薄板基底構(gòu)成，所述blackdye染料敏化TW2納米晶多孔膜被涂覆在鋁薄板基底上，微晶 硅空穴傳輸層沉積在blackdye染料敏化TiO2納米晶多孔膜上形成固態(tài)blackdye染料敏化 TiO2納米晶微晶硅復(fù)合薄膜，由摻雜氟的SnO2導(dǎo)電層被鍍在固態(tài)blackdye染料敏化TW2 納米晶微晶硅復(fù)合薄膜上形成摻雜氟的SnA導(dǎo)電層表面電極。上述固態(tài)blackdye染料敏化TW2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽 電池，所述blackdye染料敏化TiO2納米晶多孔膜的厚度為lum，其納米晶顆粒直徑為lOnm， 所述微晶硅空穴傳輸層的厚度為lOOnm，上述鋁薄板的厚度在0. 9mm。上述固態(tài)blackdye染料敏化TW2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽 電池的制備方法，除用鋁薄板基底替換表面鍍有鈦金屬層的鋼薄板基底之外，其他均同實(shí) 施例1，最終制得具有上述參數(shù)的固態(tài)blackdye染料敏化TiO2納米晶的由微晶硅層為入射 層的復(fù)合薄膜太陽電池。實(shí)施例6固態(tài)blackdye染料敏化TiO2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電 池，由摻雜氟的SnA導(dǎo)電層、微晶硅空穴傳輸層、blackdye染料敏化TW2納米晶多孔膜和 銅薄板基底構(gòu)成，所述blackdye染料敏化TiO2納米晶多孔膜被涂覆在銅薄板基底上，微晶 硅空穴傳輸層沉積在blackdye染料敏化TiO2納米晶多孔膜上形成固態(tài)blackdye染料敏化 TiO2納米晶微晶硅復(fù)合薄膜，由摻雜氟的SnO2導(dǎo)電層被鍍在固態(tài)blackdye染料敏化TW2 納米晶微晶硅復(fù)合薄膜上形成摻雜氟的SnA導(dǎo)電層表面電極。上述固態(tài)blackdye染料敏化TW2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽 電池，所述blackdye染料敏化TiO2納米晶多孔膜的厚度為lum，其納米晶顆粒直徑為lOnm， 所述微晶硅空穴傳輸層的厚度為lOOnm，上述銅薄板的厚度在1. 5mm。上述固態(tài)blackdye染料敏化TW2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽 電池的制備方法，除用銅薄板基底替換表面鍍有鈦金屬層的鋼薄板基底之外，其他均同實(shí) 施例1，最終制得具有上述參數(shù)的固態(tài)blackdye染料敏化TiO2納米晶的由微晶硅層為入射 層的復(fù)合薄膜太陽電池。實(shí)施例7固態(tài)RuL2 (NCS)2染料敏化TiO2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電 池，由氧化鋅鋁導(dǎo)電層、微晶硅空穴傳輸層、RuL2(NCS)2染料敏化TW2納米晶多孔膜和表面 鍍有鈦金屬層的玻璃基底構(gòu)成，所述RuL2 (NCS) 2染料敏化TW2納米晶多孔膜被涂覆在表面 鍍有鈦金屬層的玻璃基底上，微晶硅空穴傳輸層沉積在RuL2 (NCS) 2染料敏化TW2納米晶多 孔膜上形成固態(tài)RuL2(NCS)2染料敏化TW2納米晶微晶硅復(fù)合薄膜，由氧化鋅鋁導(dǎo)電層被鍍 在固態(tài)RuL2(NCS)2染料敏化TW2納米晶微晶硅復(fù)合薄膜上形成氧化鋅鋁導(dǎo)電層透明導(dǎo)電 層表面電極。上述固態(tài)RuL2(NCS)2染料敏化TW2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太 陽電池，所述RuL2 (NCS) 2染料敏化TW2納米晶多孔膜的厚度為15um，其納米晶顆粒直徑為55nm，所述微晶硅空穴傳輸層的厚度為lOOOnm，上述表面鍍有鈦金屬層的玻璃基底的厚度 為 2. 5mmο上述固態(tài)RuL2(NCS)2染料敏化TW2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太 陽電池的制備方法如下第一步，制備涂覆在表面鍍有鈦金屬層的玻璃基底上的RuL2(NC^)2染料敏化TW2 納米晶多孔膜A-1.涂布用TiA納米晶漿料的制備以取所需量的異丙醇鈦為前驅(qū)體，按質(zhì)量比為異丙醇鈦冰乙酸=4.8 1，將冰 乙酸加入到攪拌中的異丙醇鈦中，室溫下攪拌IOmin后，將由此形成的混合液轉(zhuǎn)移到去離 子水中，該混合液與去離子水用量的體積比為1 10，繼續(xù)攪拌Ih使異丙醇鈦充分水解后， 再按該混合液與HNO3用量的體積比為20 1，加入重量百分比濃度為65%的HNO3,然后將 由此生成的懸濁液進(jìn)行攪拌水浴加熱處理，在40min內(nèi)使其自室溫均勻升溫至75°C，并保 溫lOmin，至該液體剛好澄清形成溶膠，向該溶膠加入去離子水，該溶膠與去離子水用量的 體積比為18 1，取由此得到的液體200mL放入容積為300mL的高壓釜中，壓力為8MPa，在 240°C溫度范圍內(nèi)熱處理Mh，取出由此得到的含TiO2納米晶沉淀的漿狀混合物置于另一個(gè) 容器中，并按該漿狀混合物與HNO3用量的體積比為20 1，加入重量百分比濃度為65%的 HNO3,然后用超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)超聲處理MOmin使其分散，再將由此所得漿狀懸濁液在壓 力為-0. IMPa，溫度為40°C的條件下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)60min，然后以轉(zhuǎn)速為12000r/min進(jìn)行高速 離心至干態(tài)，再用無水乙醇洗滌，重復(fù)進(jìn)行一次該高速離心和用無水乙醇洗滌的操作過程， 最后用去離子水洗滌一次，即獲得TW2納米晶半導(dǎo)體顆粒，將該TW2納米晶半導(dǎo)體顆粒與 聚乙二醇按質(zhì)量比為3 1混合，按HNO3與該TiO2納米晶半導(dǎo)體顆粒的質(zhì)量比為1 5， 加入重量百分比濃度為10%的HNO3作為分散劑，同時(shí)按去離子水與該TiO2納米晶半導(dǎo)體 顆粒的質(zhì)量比為1 1，加入去離子水，對由此生成的混合物進(jìn)行他行星球磨混料處理后， 再按Triton X100與該TiO2納米晶半導(dǎo)體顆粒的質(zhì)量比為1 50，加入Triton X100乳化 劑，超聲處理30min，得到涂布用TW2納米晶漿料；A-2.導(dǎo)電基底的處理將表面鍍有鈦金屬層的玻璃基底先用通用的清洗劑清洗干凈，再分別用丙酮和乙 醇超聲波清洗20min，然后用去離子水沖洗，沖洗后的導(dǎo)電基底浸泡在無水乙醇中0. 5h，隨 后去取出用氮?dú)獯蹈?，放入摩爾濃度?0mmol/L的TiCl4水溶液中，在70°C水浴條件下處 理30min，待用；A-3.涂覆用半自動(dòng)涂布機(jī)將A-I步得到的涂布用TW2納米晶漿料涂覆在經(jīng)A-2步處理后 的導(dǎo)電基底上面，涂布濕膜厚度為80 μ m,涂布完畢放入63°C烘箱中烘烤60min取出，重復(fù) 上述涂覆和烘烤工藝操作過程3次，得到干燥的涂覆了 TiO2納米晶漿料的表面鍍有鈦金屬 層的玻璃導(dǎo)電基底；A-4.熱處理將A-3步得到的干燥的涂覆了 TiO2納米晶漿料的表面鍍有鈦金屬層的玻璃導(dǎo)電 基底放入馬弗爐中進(jìn)行熱處理，熱處理采用10°c /min的升溫速率，多段式加熱，程序是室 溫加熱至260°C并保溫5min，再加熱至375°C并保溫5min，再加熱至450°C并保溫15min，再加熱至500°C并保溫15min，得到涂覆在表面鍍有鈦金屬層的玻璃導(dǎo)電基底上的TW2納米 晶多孔膜；A-5.吸附染料將A-4步熱處理得到涂覆在表面鍍有鈦金屬層的玻璃導(dǎo)電基底上的TW2納米晶 多孔膜放入摩爾濃度為40mmol/L的TiCl4水溶液中，在70°C水浴條件下處理30min，然后 在溫度500°C下燒結(jié)30min，當(dāng)該涂覆在表面鍍有鈦金屬層的玻璃導(dǎo)電基底上的TW2納米 晶多孔膜溫度降至80°C時(shí)將其浸入摩爾濃度為0. 5mmol/L的RuL2 (NCS) 2染料的無水乙醇 溶液中，避光浸泡Mh，制得涂覆在表面鍍有鈦金屬層的玻璃基底上的RuL2(NC^)2染料敏化 TiO2納米晶多孔膜，其厚度為15um，其納米晶顆粒直徑為55nm ；第二步，制備固態(tài)RuL2(NCS)2染料敏化TW2納米晶微晶硅復(fù)合薄膜將第一步制得的涂覆在表面鍍有鈦金屬層的玻璃基底上的RuL2(NC^)2染料敏化 TiO2納米晶多孔膜在無水乙醇中沖洗3min，然后將其取出用氮?dú)獯蹈?，以此涂覆在?dǎo)電基 底上的染料敏化納米晶多孔膜為襯底，在電容渦合式等離子體化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)中沉積微 晶硅薄膜層，反應(yīng)氣體是體積百分比為SiH4 BH3 SiH4 H2 = 1 0. 4 0. 4 98. 2 的混合氣體，上述襯底的溫度固定為170°C，射頻功率為65W，沉積氣壓為120Pa，氣體總流 量為200毫升/分鐘，沉積時(shí)間是lOOmin，由此制得固態(tài)RuL2 (NCS) 2染料敏化TiO2納米晶 微晶硅復(fù)合薄膜，其中微晶硅空穴傳輸層的厚度為lOOOnm，該微晶硅空穴傳輸層具備與染 料相匹配的能級；第三步，制備固態(tài)RuL2(NCS)2染料敏化TiO2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合 薄膜太陽電池將氧化鋅鋁導(dǎo)電層鍍在第二步制得的固態(tài)RuL2(NCS)2染料敏化TW2納米晶微晶 硅復(fù)合薄膜上形成氧化鋅鋁導(dǎo)電層表面電極，并最終制得固態(tài)RuL2 (NC^)2染料敏化TW2納 米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池，具體方法是采用磁控濺射裝置制備氧化鋅鋁導(dǎo)電層，該磁控濺射裝置以上述第二步制得的固 態(tài)RuL2(NCS)2染料敏化TW2納米晶微晶硅復(fù)合薄膜作為襯底，在制備前用丙酮、無水乙醇 及去離子水對該襯底進(jìn)行超聲清洗并純氮吹干備用，采用攙雜了重量比為2%的Al2O3的純 度達(dá)到99. 99% ZnO陶瓷靶作為靶材，靶到襯底的距離是10cm，在襯底附近安裝一個(gè)熱電 偶，首先將濺射室抽到真空度為9X10_4a的本底真空，用大的Ar氣流量對腔室進(jìn)行沖洗， 在1 2 范圍內(nèi)用強(qiáng)的等離子體對襯底和靶表面進(jìn)行清洗，電源頻率為13. 56MHz，功率在 100 200W，工作氣壓在0. 3 1. OPa，在整個(gè)制備過程中，上述襯底以每分鐘10圈的速度 轉(zhuǎn)動(dòng)，至此，即將氧化鋅鋁導(dǎo)電層鍍在第二步制得的固態(tài)染料敏化納米晶微晶硅復(fù)合薄膜 上形成透明導(dǎo)電層表面電極，并最終制得固態(tài)RuL2(NCS)2染料敏化TW2納米晶的由微晶硅 層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池。實(shí)施例8固態(tài)RuL2 (NCS)2染料敏化TiO2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電 池，由氧化鋅鋁導(dǎo)電層、微晶硅空穴傳輸層、RuL2(NCS)2染料敏化TW2納米晶多孔膜和表面 鍍有鋁金屬層的玻璃基底構(gòu)成，所述RuL2 (NCS) 2染料敏化TW2納米晶多孔膜被涂覆在表面 鍍有鋁金屬層的玻璃基底上，微晶硅空穴傳輸層沉積在RuL2 (NCS) 2染料敏化TW2納米晶多 孔膜上形成固態(tài)RuL2(NCS)2染料敏化TW2納米晶微晶硅復(fù)合薄膜，由氧化鋅鋁導(dǎo)電層被鍍在固態(tài)RuL2 (NC^)2染料敏化TW2納米晶微晶硅復(fù)合薄膜上形成氧化鋅鋁導(dǎo)電層表面電極。上述固態(tài)RuL2(NCS)2染料敏化TW2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太 陽電池，所述RuL2 (NCS) 2染料敏化TW2納米晶多孔膜的厚度為15um，其納米晶顆粒直徑為 55nm，所述微晶硅空穴傳輸層的厚度為lOOOnm，上述表面鍍有鋁金屬層的玻璃基底的厚度 為 3. 5mmο上述固態(tài)RuL2(NCS)2染料敏化TW2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太 陽電池的制備方法，除用表面鍍有鋁金屬層的玻璃基底替換表面鍍有鈦金屬層的玻璃基底 和第三步中磁控濺射裝置的工作參數(shù)選定為在1. 5Pa范圍內(nèi)用強(qiáng)的等離子體對襯底和靶 表面進(jìn)行清洗，功率在150W，工作氣壓在0. 6Pa之外，其他均同實(shí)施例7，最終制得具有上述 參數(shù)的固態(tài)RuL2 (NCS)2染料敏化TW2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池。實(shí)施例9固態(tài)RuL2 (NCS)2染料敏化TiO2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電 池，由氧化鋅鋁導(dǎo)電層、微晶硅空穴傳輸層、RuL2(NCS)2染料敏化TW2納米晶多孔膜和表面 鍍有銅金屬層的玻璃基底構(gòu)成，所述RuL2 (NCS) 2染料敏化TW2納米晶多孔膜被涂覆在表面 鍍有銅金屬層的玻璃基底上，微晶硅空穴傳輸層沉積在RuL2 (NCS) 2染料敏化TW2納米晶多 孔膜上形成固態(tài)RuL2(NCS)2染料敏化TW2納米晶微晶硅復(fù)合薄膜，由氧化鋅鋁導(dǎo)電層被鍍 在固態(tài)RuL2 (NC^)2染料敏化TW2納米晶微晶硅復(fù)合薄膜上形成氧化鋅鋁導(dǎo)電層表面電極。上述固態(tài)RuL2(NCS)2染料敏化TW2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太 陽電池，所述RuL2 (NCS) 2染料敏化TW2納米晶多孔膜的厚度為15um，其納米晶顆粒直徑為 55nm，所述微晶硅空穴傳輸層的厚度為lOOOnm，上述表面鍍有銅金屬層的玻璃基底的厚度 為 5mm0上述固態(tài)RuL2(NCS)2染料敏化TW2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太 陽電池的制備方法，除用表面鍍有銅金屬層的玻璃基底替換表面鍍有鈦金屬層的玻璃基底 和第三步中磁控濺射裝置的工作參數(shù)選定為在2 范圍內(nèi)用強(qiáng)的等離子體對襯底和靶表 面進(jìn)行清洗，功率在200W，工作氣壓在1 之外，其他均同實(shí)施例7，最終制得具有上述參數(shù) 的固態(tài)RuL2(NCS)2染料敏化TW2納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池。實(shí)施例10固態(tài)blackdye染料敏化SiO納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池， 由氧化銦錫導(dǎo)電層、微晶硅空穴傳輸層、blackdye染料敏化ZnO納米晶多孔膜和表面鍍有 鈦金屬層的陶瓷基底構(gòu)成，所述blackdye染料敏化ZnO納米晶多孔膜被涂覆在表面鍍有 鈦金屬層的陶瓷基底上，微晶硅空穴傳輸層沉積在blackdye染料敏化ZnO納米晶多孔膜 上形成固態(tài)blackdye染料敏化SiO納米晶微晶硅復(fù)合薄膜，由氧化銦錫導(dǎo)電層被鍍在固態(tài) blackdye染料敏化ZnO納米晶微晶硅復(fù)合薄膜上形成氧化銦錫導(dǎo)電層表面電極。上述固態(tài)blackdye染料敏化ZnO納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太 陽電池，所述blackdye染料敏化ZnO納米晶多孔膜的厚度為30um，其納米晶顆粒直徑為 lOOnm，所述微晶硅空穴傳輸層的厚度為2000nm，上述表面鍍有鈦金屬層的陶瓷基底的厚度 為 4mm。上述固態(tài)blackdye染料敏化ZnO納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽 電池的制備方法如下
第一步，制備涂覆在表面鍍有鈦金屬層的陶瓷基底上的blackdye染料敏化SiO納 米晶多孔膜B-1.涂布用ZnO納米晶漿料的制備將等質(zhì)量的摩爾濃度均為0. 5mol/L的醋酸鋅溶液和碳酸鈉溶液混合，經(jīng)攪拌 反應(yīng)Ih后，過濾分離出沉淀，該沉淀先用摩爾濃度為0. lmol/L的稀氨水洗滌，再用無 水乙醇洗滌三次，最后在溫度60°C下烘干，再在溫度350°C下焙燒lh，得到ZnO粉體，按 Ig 6. 25mL的比例，取所需量的該ZnO粉體放入相應(yīng)體積的乙醇中，超聲分散制備成涂布 用ZnO納米晶漿料；B-2.導(dǎo)電基底的處理將表面鍍有鈦金屬層的陶瓷基底先用通用的清洗劑清洗干凈，再分別用丙酮和乙 醇超聲波清洗20min，然后用去離子水沖洗，沖洗后的表面鍍有鈦金屬層的陶瓷基底浸泡在 無水乙醇中0. 5h，隨后去取出用氮?dú)獯蹈?，放入摩爾濃度?0mmol/L的TiCl4水溶液中，在 70°C水浴條件下處理30min，待用；B-3.涂覆用半自動(dòng)涂布機(jī)將B-I步得到的涂布用ZnO納米晶漿料涂覆在經(jīng)B_2步處理后的 導(dǎo)電基底上面，涂布濕膜厚度為80 μ m,晾干，得到干燥的涂覆了 ZnO納米晶漿料的表面鍍 有鈦金屬層的陶瓷導(dǎo)電基底；B-4.熱處理將B-3步得到的干燥的涂覆了 SiO納米晶漿料的表面鍍有鈦金屬層的陶瓷導(dǎo)電基 底放入直接放入馬沸爐中于溫度350°C下焙燒lh，得到涂覆在表面鍍有鈦金屬層的陶瓷導(dǎo) 電基底上的ZnO納米晶多孔膜；B-5.吸附染料待B-4步得到的覆在表面鍍有鈦金屬層的陶瓷導(dǎo)電基底上的ZnO納米晶多孔膜冷 卻至80°C時(shí)，趁熱放入摩爾濃度為0. 5mmol/L的blackdye染料的無水乙醇溶液中，避光浸 泡池，取出用乙醇沖洗掉多余染料，制得涂覆在導(dǎo)電基底上的染料敏化ZnO納米晶多孔膜， 其厚度為30um，其納米晶顆粒直徑為IOOnm ；第二步，制備固態(tài)blackdye染料敏化ZnO納米晶微晶硅復(fù)合薄膜將第一步制得的涂覆在表面鍍有鈦金屬層的陶瓷基底上的blackdye染料敏 化TiO2納米晶多孔膜在無水乙醇中沖洗;3min，然后將其取出用氮?dú)獯蹈?，以此涂覆?表面鍍有鈦金屬層的陶瓷基底上的blackdye染料敏化TW2納米晶多孔膜為襯底，在電 容渦合式等離子體化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)中沉積微晶硅薄膜層，反應(yīng)氣體是體積百分比為 SiH4 BH3 SiH4 H2 = I 0.4 0.4 98. 2的混合氣體，上述襯底的溫度固定為170°C， 射頻功率為50W，沉積氣壓為50Pa，氣體總流量為200毫升/分鐘，沉積時(shí)間是60min，由此 制得固態(tài)blackdye染料敏化SiO納米晶微晶硅復(fù)合薄膜，其中微晶硅空穴傳輸層的厚度為 2000nm，該微晶硅空穴傳輸層具備與blackdye染料相匹配的能級；第三步，制備固態(tài)blackdye染料敏化ZnO納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄 膜太陽電池將氧化銦錫導(dǎo)電層鍍在第二步制得的固態(tài)blackdye染料敏化ZnO納米晶微晶硅 復(fù)合薄膜上形成氧化銦錫導(dǎo)電層表面電極，并最終制得固態(tài)blackdye染料敏化SiO納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池，具體方法是采用三靶共濺射高真空磁控濺射裝置制備氧化銦錫導(dǎo)電層，該磁控濺射裝置以 上述第二步制得的固態(tài)blackdye染料敏化ZnO納米晶微晶硅復(fù)合薄膜作為襯底，在制 備前用丙酮、無水乙醇及去離子水對該襯底進(jìn)行超聲清洗并純氮吹干備用，以質(zhì)量比為 In2O3 SnO2 = 19 1，純度為99. 9 %的ITO陶瓷塊體為靶材，靶面直徑為60mm，靶厚為 5mm，濺射沉積時(shí)采用Ar氣為濺射氣體，O2氣為反應(yīng)氣體，操作中沉積的壓強(qiáng)為lPa，襯底 溫度為室溫，薄膜沉積時(shí)間為30min，反應(yīng)氧分壓比為5%，濺射功率為100W，通過直流反應(yīng) 磁控濺射方法，在襯底上制備ITO薄膜，至此即將氧化銦錫導(dǎo)電層鍍在第二步制得的固態(tài) blackdye染料敏化ZnO納米晶微晶硅復(fù)合薄膜上形成透明導(dǎo)電層表面電極，并最終制得固 態(tài)blackdye染料敏化ZnO納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池。實(shí)施例11固態(tài)blackdye染料敏化SiO納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池， 由氧化銦錫導(dǎo)電層、微晶硅空穴傳輸層、blackdye染料敏化ZnO納米晶多孔膜、和表面鍍有 鋁金屬層的陶瓷基底構(gòu)成，所述blackdye染料敏化SiO納米晶多孔膜被涂覆在表面鍍有鋁 金屬層的陶瓷基底上，微晶硅空穴傳輸層沉積在blackdye染料敏化ZnO納米晶多孔膜上 形成固態(tài)blackdye染料敏化ZnO納米晶微晶硅復(fù)合薄膜，由氧化銦錫導(dǎo)電層被鍍在固態(tài) blackdye染料敏化ZnO納米晶微晶硅復(fù)合薄膜上形成氧化銦錫導(dǎo)電層表面電極。上述固態(tài)blackdye染料敏化ZnO納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太 陽電池，所述blackdye染料敏化ZnO納米晶多孔膜的厚度為30um，其納米晶顆粒直徑為 lOOnm，所述微晶硅空穴傳輸層的厚度為2000nm，上述表面鍍有鋁金屬層的陶瓷基底的厚度 為 6mm0上述固態(tài)blackdye染料敏化ZnO納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽 電池的制備方法，除用表面鍍有鋁金屬層的陶瓷基底替換表面鍍有鈦金屬層的陶瓷基底和 第三步中三靶共濺射高真空磁控濺射裝置的工作參數(shù)選定為反應(yīng)氧分壓比為12%，濺射 功率為150W，之外，其他均同實(shí)施例10，最終制得具有上述參數(shù)的固態(tài)blackdye染料敏化 ZnO納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池。實(shí)施例12固態(tài)blackdye染料敏化SiO納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池， 由氧化銦錫導(dǎo)電層、微晶硅空穴傳輸層、blackdye染料敏化ZnO納米晶多孔膜、和表面鍍有 銅金屬層的陶瓷基底構(gòu)成，所述blackdye染料敏化SiO納米晶多孔膜被涂覆在表面鍍有銅 金屬層的陶瓷基底上，微晶硅空穴傳輸層沉積在blackdye染料敏化ZnO納米晶多孔膜上 形成固態(tài)blackdye染料敏化ZnO納米晶微晶硅復(fù)合薄膜，由氧化銦錫導(dǎo)電層被鍍在固態(tài) blackdye染料敏化ZnO納米晶微晶硅復(fù)合薄膜上形成氧化銦錫導(dǎo)電層表面電極。上述固態(tài)blackdye染料敏化ZnO納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太 陽電池，所述blackdye染料敏化ZnO納米晶多孔膜的厚度為30um，其納米晶顆粒直徑為 lOOnm，所述微晶硅空穴傳輸層的厚度為2000nm，上述表面鍍有銅金屬層的陶瓷基底的厚度 為 8mm ；上述固態(tài)blackdye染料敏化ZnO納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽 電池的制備方法，除用表面鍍有銅金屬層的陶瓷基底替換表面鍍有鈦金屬層的陶瓷基底和第三步中三靶共濺射高真空磁控濺射裝置的工作參數(shù)選定為反應(yīng)氧分壓比為20%，濺射 功率為200W，之外，其他均同實(shí)施例10，最終制得具有上述參數(shù)的固態(tài)blackdye染料敏化 ZnO納米晶的由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池。 上述所有實(shí)施例中，所涉及的原材料和設(shè)備是本技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以通過 商購或外加工獲得的；工藝操作方法均是本技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知和能夠重復(fù)實(shí)施 的。
權(quán)利要求
1.由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池，其特征在于由透明導(dǎo)電層、微晶硅空 穴傳輸層、染料敏化納米晶多孔膜和導(dǎo)電基底構(gòu)成，其中，所述透明導(dǎo)電層為氧化鋅鋁導(dǎo)電 層、氧化銦錫導(dǎo)電層或摻雜氟的SnO2導(dǎo)電層，染料敏化納米晶多孔膜是吸附了染料的納米 晶多孔薄膜，微晶硅空穴傳輸層具備與染料敏化納米晶多孔膜中所吸附的染料相匹配的能 級，導(dǎo)電基底是鈦薄板、鋁薄板、銅薄板、表面鍍有鈦金屬層的鋼薄板、表面鍍有鋁金屬層的 鋼薄板、表面鍍有銅金屬層的鋼薄板、表面鍍有鈦金屬層的玻璃基底、表面鍍有鋁金屬層的 玻璃基底、表面鍍有銅金屬層的玻璃基底、表面鍍有鈦金屬層的陶瓷基底、表面鍍有鋁金屬 層的陶瓷基底或表面鍍有銅金屬層的陶瓷基底；所述染料敏化納米晶多孔膜被涂覆在導(dǎo)電 基底上，微晶硅空穴傳輸層沉積在染料敏化納米晶多孔膜上形成固態(tài)染料敏化納米晶微晶 硅復(fù)合薄膜，透明導(dǎo)電層沉積在微晶硅空穴傳輸層上，由此組成由微晶硅層為入射層的復(fù) 合薄膜太陽電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池，其特征在于所述 染料是b Iackdye染料或RuL2 (NCS) 2染料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池，其特征在于所述 染料敏化納米晶多孔膜的厚度為1 30um，其納米晶顆粒直徑為10 lOOnm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池，其特征在于所述 染料敏化納米晶多孔膜是染料敏化TW2納米晶多孔膜或是染料敏化ZnO納米晶多孔膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池，其特征在于所述 微晶硅空穴傳輸層的厚度為100 2000nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池，其特征在于所述 鈦薄板、鋁薄板、銅薄板和表面鍍有鈦、鋁或銅金屬層的鋼薄板的厚度在0. 4mm 1. 5mm ；表 面鍍有鈦、鋁或銅金屬層的玻璃基底的厚度為2. 5mm 5mm ；表面鍍有鈦、鋁或銅金屬層的 陶瓷基底的厚度為4mm 8mm。
7.由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池的制備方法，其特征在于步驟如下第一步，制備涂覆在導(dǎo)電基底上的染料敏化納米晶多孔膜所制備的涂覆在導(dǎo)電基底上的染料敏化納米晶多孔膜是以下A和B兩種中的任意一種A.制備涂覆在導(dǎo)電基底上的染料敏化TW2納米晶多孔膜A-1.涂布用TW2納米晶漿料的制備以取所需量的異丙醇鈦為前驅(qū)體，按質(zhì)量比為異丙醇鈦冰乙酸=4. 8 1，將冰乙酸 加入到攪拌中的異丙醇鈦中，室溫下攪拌5 15min后，將由此形成的混合液轉(zhuǎn)移到去離子 水中，該混合液與去離子水用量的體積比為1 10，繼續(xù)攪拌0. 5 1. 5h使異丙醇鈦充分 水解后，再按該混合液與1^03用量的體積比為20 1，加入重量百分比濃度為65%的HNO3, 然后將由此生成的懸濁液進(jìn)行攪拌水浴加熱處理，在20 60min內(nèi)使其自室溫均勻升溫 至70 80°C，并保溫5 15min，至該液體剛好澄清形成溶膠，向該溶膠加入去離子水，該 溶膠與去離子水用量的體積比為15 20 1，取由此得到的液體200mL放入容積為300mL 的高壓釜中，壓力為5 lOMPa，在210 270°C溫度范圍內(nèi)熱處理12 36h，取出由此得 到的含TiO2納米晶沉淀的漿狀混合物置于另一個(gè)容器中，并按該漿狀混合物與HNO3用量的 體積比為20 1，加入重量百分比濃度為65%的HNO3,然后用超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)超聲處理MOmin使其分散，再將由此所得漿狀懸濁液在壓力為-0. IMPa，溫度為40°C的條件下旋轉(zhuǎn) 蒸發(fā)60min，然后以轉(zhuǎn)速為12000r/min進(jìn)行高速離心至干態(tài)，再用無水乙醇洗滌，重復(fù)進(jìn)行 一次該高速離心和用無水乙醇洗滌的操作過程，最后用去離子水洗滌一次，即獲得TiO2納 米晶半導(dǎo)體顆粒，將該TiO2內(nèi)米晶半導(dǎo)體顆粒與聚乙二醇按質(zhì)量比為1 5 1混合，按 HNO3與該TiO2R米晶半導(dǎo)體顆粒的質(zhì)量比為1 5，加入重量百分比濃度為10%的HNOdt 為分散劑，同時(shí)按去離子水與該TiO2納米晶半導(dǎo)體顆粒的質(zhì)量比為1 1，加入去離子水， 對由此生成的混合物進(jìn)行他行星球磨混料處理后，再按Triton XlOO與該TiO2納米晶半導(dǎo) 體顆粒的質(zhì)量比為1 50，加入"Triton XlOO乳化劑，超聲處理30min，得到涂布用TiO2納 米晶漿料；A-2.導(dǎo)電基底的處理所述導(dǎo)電基底是鈦薄板、鋁薄板、銅薄板、表面鍍有鈦、鋁或銅金屬層的鋼薄板、表面鍍 有鈦、鋁或銅金屬層的玻璃基底或表面鍍有鈦、鋁或銅金屬層的陶瓷基底，將所選用的導(dǎo)電 基底先用通用的清洗劑清洗干凈，再分別用丙酮和乙醇超聲波清洗20min，然后用去離子水 沖洗，沖洗后的導(dǎo)電基底浸泡在無水乙醇中0. 5h，隨后取出用氮?dú)獯蹈?，放入摩爾濃度?40mmol/L的TiCl4水溶液中，在70°C水浴條件下處理30min，待用； A-3.涂覆用半自動(dòng)涂布機(jī)將A-I步得到的涂布用TW2納米晶漿料涂覆在經(jīng)A-2步處理后的導(dǎo) 電基底上面，涂布濕膜厚度為80 μ m,涂布完畢放入63°C烘箱中烘烤60min取出，重復(fù)上述 涂覆和烘烤工藝操作過程2 5次，得到干燥的涂覆了 TiO2納米晶漿料的導(dǎo)電基底； A-4.熱處理該熱處理工藝是指以下兩種熱處理工藝中的任意一種A-4-1.涂覆了 TiO2納米晶漿料的導(dǎo)電基底的熱處理步驟如下將A-3步得到的干燥的 涂覆了 TW2納米晶漿料的導(dǎo)電基底放入馬弗爐中進(jìn)行熱處理，熱處理采用10°C /min的升 溫速率和多段式加熱方式，程序是從室溫加熱至260°C并保溫5min，再加熱至375°C并保 溫5min，再加熱至450°C并保溫15min，再加熱至500°C并保溫15min，得到涂覆在導(dǎo)電基底 上的TiO2納米晶多孔膜；A-4-2.涂覆了 TiO2納米晶漿料的除玻璃基底之外的導(dǎo)電基底的熱處理步驟如下 將A-3步得到的干燥的涂覆了 TW2納米晶漿料的導(dǎo)電基底放入摩爾濃度為50mmol/L的 TiCl4水溶液中，在70°C水浴條件下處理30min，然后將處理后的涂覆了 TW2納米晶漿料 的導(dǎo)電基底浸入盛有丙酮、乙醇與去離子水的溶液的容器中，乙醇與丙酮與水的體積比為 0.2 1 1，并將該容器放置于多功能振蕩器內(nèi)，振蕩0.5h，然后把經(jīng)振蕩清洗后的涂覆 了 TW2納米晶漿料的導(dǎo)電基底放入烘箱中進(jìn)行熱處理，熱處理采用2V Mn的升溫速率， 多段式加熱，程序是室溫加熱至59°C并保溫5min，再加熱至80°C并保溫30min，再加熱至 105°C并保溫15min，得到涂覆在導(dǎo)電基底上的TW2納米晶多孔膜； A-5.吸附染料將A-4步熱處理得到涂覆在導(dǎo)電基底上的TW2納米晶多孔膜放入摩爾濃度為40mmol/ L的TiCl4水溶液中，在70°C水浴條件下處理30min，然后在溫度500°C下燒結(jié)30min，當(dāng)該 涂覆在導(dǎo)電基底上的TW2納米晶多孔膜溫度降至80°C時(shí)將其浸入摩爾濃度為0. 5mmol/L 的blackdye染料或RuL2(NC^)2染料的無水乙醇溶液中，避光浸泡Mh，制得涂覆在導(dǎo)電基底上的染料敏化TW2納米晶多孔膜，其厚度為Ium 30um，其納米晶顆粒直徑為IOnm IOOnm ；B.制備涂覆在導(dǎo)電基底上的染料敏化ZnO納米晶多孔膜 B-1.涂布用ZnO納米晶漿料的制備將等質(zhì)量的摩爾濃度均為0. 5mol/L的醋酸鋅溶液和碳酸鈉溶液混合，經(jīng)攪拌反應(yīng)Ih 后，過濾分離出沉淀，該沉淀先用摩爾濃度為0. lmol/L的稀氨水洗滌，再用無水乙醇洗滌 三次，最后在溫度60°C下烘干，再在溫度350°C下焙燒lh，得到SiO粉體，按Ig 6. 25mL的 比例，取所需量的該ZnO粉體放入相應(yīng)體積的乙醇中，超聲分散制備成涂布用ZnO納米晶 漿料；B-2.導(dǎo)電基底的處理 同 A-2 ； B-3.涂覆用半自動(dòng)涂布機(jī)將B-I步得到的涂布用ZnO納米晶漿料涂覆在經(jīng)B-2步處理后的導(dǎo)電 基底上面，涂布濕膜厚度為80 μ m,晾干，得到干燥的涂覆了 ZnO納米晶漿料的導(dǎo)電基底； B-4.熱處理將B-3步得到的干燥的涂覆了 ZnO納米晶漿料的導(dǎo)電基底放入直接放入馬沸爐中于溫 度350°C下焙燒lh，得到涂覆在導(dǎo)電基底上的ZnO納米晶多孔膜； B-5.吸附染料待B-4步得到的涂覆在導(dǎo)電基底上的ZnO納米晶多孔膜冷卻至80°C時(shí)，趁熱放入摩爾 濃度為0. 5mmol/L的blackdye染料或RuL2 (NCS) 2染料的無水乙醇溶液中，避光浸泡池，取 出用乙醇沖洗掉多余染料，制得涂覆在導(dǎo)電基底上的染料敏化ZnO納米晶多孔膜，其厚度 為1 30um，其納米晶顆粒直徑為10 IOOnm ；第二步，制備固態(tài)染料敏化納米晶微晶硅復(fù)合薄膜將第一步制得的涂覆在導(dǎo)電基底上的染料敏化納米晶多孔膜在無水乙醇中沖洗3min， 然后將其取出用氮?dú)獯蹈?，以此涂覆在?dǎo)電基底上的染料敏化納米晶多孔膜為襯底，在 電容渦合式等離子體化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)中沉積微晶硅薄膜層，反應(yīng)氣體是體積百分比為 SiH4 BH3 SiH4 H2 = 1 0. 4 0. 4 98. 2的混合氣體，上述襯底的溫度固定為 1700C，射頻功率為50 80W，沉積氣壓為50 200Pa，氣體總流量為200毫升/分鐘，沉積 時(shí)間是60 150min，由此制得微晶硅固態(tài)染料敏化納米晶微晶硅復(fù)合薄膜，其中微晶硅空 穴傳輸層的厚度為100 2000nm，該微晶硅空穴傳輸層具備與染料相匹配的能級； 第三步，制備由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池將透明導(dǎo)電層鍍在第二步制得的固態(tài)染料敏化納米晶微晶硅復(fù)合薄膜上形成透明導(dǎo) 電層表面電極，并最終制得由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池，具體方法是采用以 下三種氧化物透明導(dǎo)電層中的任意一種 A.氧化鋅鋁導(dǎo)電層采用磁控濺射裝置制備氧化鋅鋁導(dǎo)電層，該磁控濺射裝置以上述第二步制得的微晶 硅固態(tài)染料敏化納米晶微晶硅復(fù)合薄膜作為襯底，在制備前用丙酮、無水乙醇及去離子 水對該襯底進(jìn)行超聲清洗并純氮吹干備用，采用攙雜了重量比為2%的Al2O3的純度達(dá)到 99. 99% ZnO陶瓷靶作為靶材，靶到襯底的距離是10cm，在襯底附近安裝一個(gè)熱電偶，首先將濺射室抽到真空度為9X KT4Pa的本底真空，用大的Ar氣流量對腔室進(jìn)行沖洗，在1 2 范圍內(nèi)用強(qiáng)的等離子體對襯底和靶表面進(jìn)行清洗，電源頻率為13. 56MHz，功率在100 200W，工作氣壓在0. 3 1. OPa,在整個(gè)制備過程中，上述襯底以每分鐘10圈的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，至 此即將氧化鋅鋁導(dǎo)電層鍍在第二步制得的固態(tài)染料敏化納米晶微晶硅復(fù)合薄膜上形成透 明導(dǎo)電層表面電極，并最終制得由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池；B.氧化銦錫導(dǎo)電層采用三靶共濺射高真空磁控濺射裝置制備氧化銦錫導(dǎo)電層，該磁控濺射裝置以上述 第二步制得的微晶硅固態(tài)染料敏化納米晶微晶硅復(fù)合薄膜作為襯底，在制備前用丙酮、無 水乙醇及去離子水對該襯底進(jìn)行超聲清洗并純氮吹干備用，以質(zhì)量比為In2O3 SnO2 = 19 1，純度為99. 9%的ITO陶瓷塊體為靶材，靶面直徑為60mm，靶厚為5mm，濺射沉積時(shí)采 用Ar氣為濺射氣體，O2氣為反應(yīng)氣體，操作中沉積的壓強(qiáng)為lPa，襯底溫度為室溫，薄膜沉 積時(shí)間為30min，反應(yīng)氧分壓比為5% 20%，濺射功率為100W 200W，通過直流反應(yīng)磁控 濺射方法，在襯底上制備ITO薄膜，至此即將氧化銦錫導(dǎo)電層鍍在第二步制得的固態(tài)染料 敏化納米晶微晶硅復(fù)合薄膜上形成透明導(dǎo)電層表面電極，并最終制得由微晶硅層為入射層 的復(fù)合薄膜太陽電池；C.摻雜氟的SnA導(dǎo)電層將SnCl2溶于無水乙醇，配制成所需要用量的0. lmol/L的SnCl2無水乙醇溶液，按體積 比為H2O SnCl2無水乙醇=1 0.75向該無水乙醇溶液中緩慢滴加入H20，在80°C回流 4小時(shí)，然后加入0. lmol/L的NH4F水溶液直至F Sn的摩爾比為0. 1，再按每IOOml 上述SnCl2+乙醇溶液+NH4F的水溶液中滴入0. 05ml甲酰胺，將最終配制好的溶液靜置Mh， 將上述第二步制得的微晶硅固態(tài)染料敏化納米晶微晶硅復(fù)合薄膜作為基片放入此溶液中 3mm/min提拉，然后在100°C真空干燥箱中干燥15分鐘，再放入馬弗爐中緩慢加溫到300°C， 重復(fù)以上的提拉、干燥和緩慢加溫過程4次，最終在馬弗爐中300°C處理30分鐘，至此將摻 雜氟的SnO2導(dǎo)電層鍍在第二步制得的固態(tài)染料敏化納米晶微晶硅復(fù)合薄膜上形成透明導(dǎo) 電層表面電極，并最終制得由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池。
全文摘要
本發(fā)明由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池及其制備方法，涉及專門適用于將光能轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體器件。由透明導(dǎo)電層、微晶硅空穴傳輸層、染料敏化納米晶多孔膜和導(dǎo)電基底構(gòu)成，染料敏化納米晶多孔膜被涂覆在導(dǎo)電基底上，微晶硅空穴傳輸層沉積在染料敏化納米晶多孔膜上形成固態(tài)染料敏化納米晶微晶硅復(fù)合薄膜，透明導(dǎo)電層沉積在微晶硅空穴傳輸層上，由此組成由微晶硅層為入射層的復(fù)合薄膜太陽電池。由于將染料敏化納米晶材料和微晶硅復(fù)合薄膜材料直接制備在導(dǎo)電基底上，克服了現(xiàn)有技術(shù)中染料敏化太陽電池對透明導(dǎo)電玻璃的依賴和微晶硅薄膜太陽電池存在低制備速率導(dǎo)致制備成本高，以及現(xiàn)有染料敏化太陽電池存在液態(tài)穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01M14/00GK102103930SQ201010527939
公開日2011年6月22日 申請日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月2日
發(fā)明者劉守彬, 呂俊, 李毅杰, 楊帆, 楊瑞霞, 王偉, 田學(xué)民, 田漢民, 趙紅東 申請人:河北工業(yè)大學(xué)