專(zhuān)利名稱(chēng):軟基納米半導(dǎo)體敏化薄膜太陽(yáng)能電池及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池及制造方法，尤其是一種生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、重量輕、使用方便的軟基納米半導(dǎo)體敏化薄膜太陽(yáng)能電池及制造方法。
背景技術(shù)：
以往，太陽(yáng)能電池都是在玻璃基底上用單晶硅或多晶硅制成的光伏型光電池，不但造價(jià)高，而且效率低，通常多晶硅光電池效率只有10％左右，單晶硅光電池也只有14％左右。為了提高光電池的效率，目前太陽(yáng)能電池多采用的是納米半導(dǎo)體敏化薄膜太陽(yáng)能電池，其效率可達(dá)18～40％。納米半導(dǎo)體敏化薄膜太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)方法是取具有導(dǎo)電層的基體，將超微粒(納米級(jí))二氧化鈦熔膠—凝膠坯料或氧化鋅熔膠—凝膠坯料、三氧化鐵熔膠—凝膠坯料涂覆在導(dǎo)電層上，經(jīng)過(guò)300～600℃高溫煅燒，形成半導(dǎo)體多孔電極，然后用窄禁帶量子尺寸的半導(dǎo)體硫化鎘、硫化鉛進(jìn)行修飾，形成納晶半導(dǎo)體電極層，再經(jīng)過(guò)卟啉、肽菁有機(jī)體染料敏化納晶半導(dǎo)體電極層，形成染料敏化層，從導(dǎo)電層上引出電池陽(yáng)極接線；在另一塊基體上鍍涂金屬(Pt)電極層，在金屬電極層上設(shè)置液態(tài)電解質(zhì)層或涂覆固態(tài)電解質(zhì)層，從金屬電極層上引出電池陽(yáng)極接線；將兩塊基體復(fù)合在一起，應(yīng)保證染料敏化層與電解質(zhì)層相對(duì)應(yīng)，電池陰極接線與電池陽(yáng)極引線不相重合。由于現(xiàn)有生產(chǎn)方法需用300～600℃高溫煅燒，因此存在以下問(wèn)題1.基體必需是耐高溫材料，故現(xiàn)有基體所采用的是耐高溫的玻璃板材，不但成本高，而且涂覆二氧化鈦等熔膠—凝膠坯料時(shí)，只能采用浸漬提拉涂覆、旋轉(zhuǎn)涂覆、噴涂法以及絲網(wǎng)印刷法等，生產(chǎn)效率低，對(duì)涂層的形狀、厚度、尺寸等難以控制，直接影響光電池的質(zhì)量；2.由于煅燒溫度高、時(shí)間長(zhǎng)，不但浪費(fèi)大量能源，增大生產(chǎn)成本，而且會(huì)促使納米粒子晶核快速生長(zhǎng)，容易形成電極粒徑大晶型；3.煅燒難以擊穿二氧化鈦表面的氧化膜，影響半導(dǎo)體修飾效果；4.受玻璃板材尺寸限制，只能制成小功率單塊電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述問(wèn)題，提供一種生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、重量輕、使用方便的軟基納米半導(dǎo)體敏化薄膜太陽(yáng)能電池及制造方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種軟基納米半導(dǎo)體敏化薄膜太陽(yáng)能電池，由基體1、導(dǎo)電層2、納晶半導(dǎo)體電極層及染料敏化層3、固態(tài)電解質(zhì)層4、金屬電極層5、基體6復(fù)合而成，與導(dǎo)電層2相接有電池陽(yáng)極接線7，與金屬電極層5相接有電池陰極接線8，所述的基體1、6是軟質(zhì)絕緣層，所述的導(dǎo)電層2是ITO薄膜。
所述的軟質(zhì)絕緣層是PET或PI塑料薄膜。
所述的納晶半導(dǎo)體電極層是TiO2層。
一種軟基納米半導(dǎo)體敏化薄膜太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于有如下步驟a.在ITO薄膜2上印刷納晶半導(dǎo)體電極層坯料；b.將納晶半導(dǎo)體電極層坯料經(jīng)過(guò)低溫等離子場(chǎng)處理，并經(jīng)半導(dǎo)體修飾、染料敏化形成納晶半導(dǎo)體電極層及染料敏化層3；c.將ITO薄膜2、納晶半導(dǎo)體電極層及染料敏化層3剪下并粘接在軟質(zhì)絕緣層1上，制作電池陽(yáng)極接線7；d.在軟質(zhì)絕緣層6上鍍金屬電極層5；e.在金屬電極層5上涂固態(tài)電解質(zhì)層4并制作電池陰極接線8；f.將軟質(zhì)絕緣層1與軟質(zhì)絕緣層6復(fù)合，其中的納晶半導(dǎo)體電極層及染料敏化層3與電解質(zhì)層4相對(duì)應(yīng)，電池陰極接線與電池陽(yáng)極引線不相重合。
所述的低溫等離子場(chǎng)的電壓是3～50KV，頻率是40～50KHz。
所述的等離子場(chǎng)中充有氫氣或氫氣與氬氣或氫氣與氖氣。
本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)最大的區(qū)別是用低溫等離子場(chǎng)處理納晶半導(dǎo)體電極層坯料。由于低溫等離子場(chǎng)中等離子體溫度在104K，較高的電子密度和較高的等離子體頻率，使得低溫等離子體的離子速度快、穿透能力強(qiáng)，因此，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.高溫度等離子體與納米顆粒未接觸部位產(chǎn)生放電，生成焦耳熱，大大促進(jìn)納米顆粒原子的擴(kuò)散，使受熱均勻，能夠使納晶半導(dǎo)體電極層坯料中的有機(jī)物、水、雜質(zhì)等迅速氣化，處理時(shí)間短，節(jié)約能源；同時(shí)等離子體帶能量少，納晶半導(dǎo)體電極層坯料中納米顆粒受離子撞擊溫度快速升高，脈沖間隔時(shí)間溫度快速下降可避免納米粒子晶核長(zhǎng)大，晶型穩(wěn)定，可控性高，可將納米粒子直徑控制在3～100μm；2.使納晶半導(dǎo)體電極層坯料上的氧化膜在一定程度上被擊穿，使表面得以凈化和活化，產(chǎn)生活性基團(tuán)，為納晶半導(dǎo)體電極層半導(dǎo)體修飾、染料敏化提供了較好的吸附條件；3.由于電子能量較低，作用時(shí)間極短，能夠迅速活化表面生成游離基，無(wú)脈沖期間快速冷卻，在下一脈沖到來(lái)時(shí)已恢復(fù)到初態(tài)，可以對(duì)基材溫度上升起抑制作用，因此，可以在低溫基材表面制備納晶半導(dǎo)體電極層，即可用軟質(zhì)絕緣層作為基體。用軟質(zhì)絕緣層作為基體的優(yōu)點(diǎn)如下①.軟質(zhì)絕緣層成本較低，使得整個(gè)產(chǎn)品造價(jià)低廉，便于普及；②.可以將軟質(zhì)絕緣層卷制成卷，用凹板印刷工藝印制納晶半導(dǎo)體電極層坯料，印刷速度快、生產(chǎn)效率高，而且形狀、尺寸、厚度的可控性強(qiáng)；③.可以將成卷的軟質(zhì)絕緣層一邊放卷、一邊收卷，用導(dǎo)向軸導(dǎo)向、平等壓輥傳動(dòng)，連續(xù)通過(guò)等離子場(chǎng)進(jìn)行等離子體處理，處理效率高、成本低；④.可以不受尺寸限制，制成相互串聯(lián)、并聯(lián)的高電壓大功率電池。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例1、2a、b步驟中產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2、3是本發(fā)明實(shí)施例1c步驟中產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例1d、e步驟中產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5、6是本發(fā)明實(shí)施例2的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是本發(fā)明實(shí)施例1、2的等離子場(chǎng)處理設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
實(shí)施例1a.如圖1所示用凹板印刷工藝在ITO薄膜2上印刷納晶半導(dǎo)體電極層坯料，烘干后收卷待用。通常ITO薄膜是符合在塑料絕緣薄膜上，如在PET或PI塑料薄膜上鍍ITO薄膜，外購(gòu)即可；納晶半導(dǎo)體電極層坯料可同現(xiàn)有技術(shù)，即微粒(納米級(jí))二氧化鈦或氧化鋅、三氧化鐵熔膠—凝膠坯料。
b.將印刷在ITO薄膜上的納晶半導(dǎo)體電極層坯料經(jīng)過(guò)低溫等離子場(chǎng)處理，并經(jīng)半導(dǎo)體修飾、染料敏化形成納晶半導(dǎo)體電極層及染料敏化層3；低溫等離子場(chǎng)的形成如圖7所示，有平行設(shè)置并與電源E相接的相并聯(lián)正極板9、負(fù)極板10，在極板間兩端設(shè)置有導(dǎo)向軸11、12、導(dǎo)向軸11、12之間有多個(gè)平等壓輥13，同時(shí)設(shè)置有放卷軸14、收卷軸15。電源E向正負(fù)極板9、10提供產(chǎn)生低溫等離子場(chǎng)的直流脈沖電壓，產(chǎn)生低溫等離子場(chǎng)的電暈脈沖上升前沿極陡，寬度極窄，只有質(zhì)量輕的電子才能被加速產(chǎn)生“非平衡等離子體”，最好是3～50KV，頻率是40～50KHz。成卷的軟質(zhì)絕緣層一邊放卷、一邊收卷，用導(dǎo)向軸導(dǎo)向、平等壓輥傳動(dòng)，連續(xù)通過(guò)等離子場(chǎng)進(jìn)行等離子體處理。半導(dǎo)體修飾、染料敏化工藝均同現(xiàn)有技術(shù)。
c.如圖2、3所示將ITO薄膜2、納晶半導(dǎo)體電極層及染料敏化層3單塊剪下并粘接在軟質(zhì)絕緣層1上，如PET或PI塑料薄膜，制作電池陽(yáng)極接線7；d.如圖4所示在軟質(zhì)絕緣層6上真空蒸鍍單塊金屬電極層5，如鉑層；e.在金屬電極層5上涂固態(tài)電解質(zhì)層4并制作電池陰極接線8，固態(tài)電解質(zhì)層4同現(xiàn)有技術(shù)；f.將軟質(zhì)絕緣層1與軟質(zhì)絕緣層6用膠粘合在一起，其中的納晶半導(dǎo)體電極層及染料敏化層3與電解質(zhì)層4相對(duì)應(yīng)，電池陰極接線與電池陽(yáng)極引線不相重合。即制成軟基納米半導(dǎo)體敏化薄膜太陽(yáng)能電池，由基體1、導(dǎo)電層2、納晶半導(dǎo)體電極層及染料敏化層3、固態(tài)電解質(zhì)層4、金屬電極層5、基體6復(fù)合而成，與導(dǎo)電層2相接有電池陽(yáng)極接線7，與金屬電極層5相接有電池陰極接線8，所述的基體1、6是軟質(zhì)絕緣層(PET或PI塑料薄膜)，所述的導(dǎo)電層2是ITO薄膜。
實(shí)施例2a.如圖1所示用凹板印刷工藝在ITO薄膜2上印刷納晶半導(dǎo)體電極層坯料，烘干后收卷待用。通常ITO薄膜是符合在塑料絕緣薄膜上，如在PET或PI塑料薄膜上鍍ITO薄膜，外購(gòu)即可；納晶半導(dǎo)體電極層坯料可同現(xiàn)有技術(shù)，即微粒(納米級(jí))二氧化鈦或氧化鋅、三氧化鐵熔膠—凝膠坯料，最好是微粒(納米級(jí))二氧化鈦熔膠—凝膠坯料b.將印刷在ITO薄膜上的納晶半導(dǎo)體電極層坯料經(jīng)過(guò)低溫等離子場(chǎng)處理，并經(jīng)半導(dǎo)體修飾、染料敏化形成納晶半導(dǎo)體電極層及染料敏化層3；低溫等離子場(chǎng)的形成如圖7所示，有平行設(shè)置并與電源E相接的相并聯(lián)正極板9、負(fù)極板10，在極板間兩端設(shè)置有導(dǎo)向軸11、12、導(dǎo)向軸11、12之間有多個(gè)平等壓輥13，同時(shí)設(shè)置有放卷軸14、收卷軸15。電源E向正負(fù)極板9、10提供產(chǎn)生低溫等離子場(chǎng)的直流脈沖電壓，產(chǎn)生低溫等離子場(chǎng)的電暈脈沖上升前沿極陡，寬度極窄，只有質(zhì)量輕的電子才能被加速產(chǎn)生“非平衡等離子體”，最好是3～50KV，頻率是40～50KHz。成卷的軟質(zhì)絕緣層一邊放卷、一邊收卷，用導(dǎo)向軸導(dǎo)向、平等壓輥傳動(dòng)，連續(xù)通過(guò)等離子場(chǎng)進(jìn)行等離子體處理。如果需要制作高活性晶格，則與向等離子場(chǎng)通入還原性氣體，如氫氣等，或者氫氣與氬氣的混合氣體，或者是氫氣與氖氣的混合氣體。半導(dǎo)體修飾、染料敏化工藝均同現(xiàn)有技術(shù)。
c.如圖4、5所示可根據(jù)制作電壓大小只需要，將多塊ITO薄膜2、納晶半導(dǎo)體電極層及染料敏化層3剪下并粘接在軟質(zhì)絕緣層1上，如PET或PI塑料薄膜，制作電池陽(yáng)極接線7；d.如圖4所示在軟質(zhì)絕緣層6上真空蒸鍍多塊金屬電極層5，如鉑金層；e.在金屬電極層5上涂固態(tài)電解質(zhì)層4并制作電池陰極接線8，固態(tài)電解質(zhì)層4同現(xiàn)有技術(shù)；f.將軟質(zhì)絕緣層1與軟質(zhì)絕緣層6用膠粘合在一起，其中的納晶半導(dǎo)體電極層及染料敏化層3與電解質(zhì)層4相對(duì)應(yīng)，ITO薄膜2與金屬電極層5部分重疊(相串聯(lián))，電池陰極接線與電池陽(yáng)極引線不相重合。即制成高電壓軟基納米半導(dǎo)體敏化薄膜太陽(yáng)能電池，由基體1、導(dǎo)電層2、納晶半導(dǎo)體電極層及染料敏化層3、固態(tài)電解質(zhì)層4、金屬電極層5、基體6復(fù)合而成，與導(dǎo)電層2相接有電池陽(yáng)極接線7，與金屬電極層5相接有電池陰極接線8，所述的基體1、6是軟質(zhì)絕緣層(PET或PI塑料薄膜)，所述的導(dǎo)電層2是ITO薄膜。
權(quán)利要求
1.一種軟基納米半導(dǎo)體敏化薄膜太陽(yáng)能電池，由基體(1)、導(dǎo)電層(2)、納晶半導(dǎo)體電極層及染料敏化層(3)、固態(tài)電解質(zhì)層(4)、金屬電極層(5)、基體(6)復(fù)合而成，與導(dǎo)電層(2)相接有電池陽(yáng)極接線(7)，與金屬電極層(5)相接有電池陰極接線(8)，其特征在于所述的基體(1)、(6)是軟質(zhì)絕緣層，所述的導(dǎo)電層(2)是ITO薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的軟基納米半導(dǎo)體敏化薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于所述的軟質(zhì)絕緣層是PET或PI塑料薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的軟基納米半導(dǎo)體敏化薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于所述的納晶半導(dǎo)體電極層是TiO2層。
4.一種軟基納米半導(dǎo)體敏化薄膜太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于有如下步驟a.在ITO薄膜(2)上印刷納晶半導(dǎo)體電極層坯料；b.將納晶半導(dǎo)體電極層坯料經(jīng)過(guò)低溫等離子場(chǎng)，并經(jīng)半導(dǎo)體修飾、染料敏化形成納晶半導(dǎo)體電極層及染料敏化層(3)；c.將ITO薄膜(2)、納晶半導(dǎo)體電極層及染料敏化層(3)剪下并粘接在軟質(zhì)絕緣層(1)上，制作電池陽(yáng)極接線(7)；d.在軟質(zhì)絕緣層(6)上鍍金屬電極層(5)；e.在金屬電極層(5)上涂固態(tài)電解質(zhì)層(4)并制作電池陰極接線(8)；f.將軟質(zhì)絕緣層(1)與軟質(zhì)絕緣層(6)復(fù)合，其中的納晶半導(dǎo)體電極層及染料敏化層(3)與電解質(zhì)層(4)相對(duì)應(yīng)。5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的軟基納米半導(dǎo)體敏化薄膜太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于所述的低溫等離子場(chǎng)的電壓是3～50KV，頻率是40～50KHz。
6.根據(jù)權(quán)利要求
4或5所述的軟基納米半導(dǎo)體敏化薄膜太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于所述的等離子場(chǎng)中充有氫氣或氫氣與氬氣或氫氣與氖氣。
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種軟基納米半導(dǎo)體敏化薄膜太陽(yáng)能電池，由基體(1)、導(dǎo)電層(2)、納晶半導(dǎo)體電極層及染料敏化層(3)、固態(tài)電解質(zhì)層(4)、金屬電極層(5)、基體(6)復(fù)合而成，與導(dǎo)電層(2)相接有電池陽(yáng)極接線(7)，與金屬電極層(5)相接有電池陰極接線(8)，所述的基體(1)、(6)是軟質(zhì)絕緣層，所述的導(dǎo)電層(2)是ITO薄膜。納晶半導(dǎo)體電極層坯料是通過(guò)低溫等離子場(chǎng)處理而形成納晶半導(dǎo)體電極層，具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、重量輕、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01G9/20GK1996619SQ200610134934
公開(kāi)日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年12月21日
發(fā)明者欒松, 欒文彥, 欒竹 申請(qǐng)人:欒松, 欒文彥, 欒竹導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan