染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件及其制造方法，以及金屬氧化物漿料技術(shù)

提供能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的生產(chǎn)性的染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件的制造方法。染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件的制造方法包括以下步驟：通過(guò)將至少兩種以上的金屬氧化物納米顆粒、至少一種以上的散射顆粒以及粘結(jié)劑分散到分散劑中來(lái)制備金屬氧化物漿料；以及使用金屬氧化物漿料形成多孔半導(dǎo)體層。其中，至少兩種以上的金屬氧化物納米顆粒分別具有不同的粒徑分布。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件及其制造方法，以及金屬氧化物漿料。具體涉及使用金屬氧化物漿料形成多孔半導(dǎo)體層的染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件的制造方法。
技術(shù)介紹
太陽(yáng)能資源極為豐富，是最具開(kāi)發(fā)可能性的ー種資源。太陽(yáng)能電池是通過(guò)光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)換為電能的裝置。太陽(yáng)能電池使用太陽(yáng)光作為能源，因此對(duì)環(huán)境影響小，具有極大的前景。太陽(yáng)能電池根據(jù)其使用的材料可以分類(lèi)為硅太陽(yáng)能電池，多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池，染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件，有機(jī)太陽(yáng)能電池等。其中，染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件是近年最受矚目的ー種電池。作為染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件，由瑞士洛桑理工大學(xué)的研究者提出的電池被廣為人知(例如，參照非專(zhuān)利文獻(xiàn)I)。該電池是將分子敏化的多孔半導(dǎo)體層(TiO2層、ZnO層等)作為光陽(yáng)極的半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池，具有低成本、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造、適合量產(chǎn)等種種優(yōu)越性。作為多孔半導(dǎo)體層的制造方法，提出有使用金屬氧化物漿料的技術(shù)(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1、非專(zhuān)利文獻(xiàn)2、3)。在先技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本專(zhuān)利文獻(xiàn)特開(kāi)2006-49311號(hào)公報(bào)非專(zhuān)利文獻(xiàn)非專(zhuān)利文獻(xiàn)1:B. O，Regan、M. GratzeK Nature,353,737 (1991)非專(zhuān)利文獻(xiàn)2:S.1to et al'“Fabrication of Thin Film Dye Sensitized SolarCells with Solar to Electric Power Conversion Efficiency over 10*%，，、Thin SolidFilms 2008、516、4613-4619。非專(zhuān)利文獻(xiàn)3 :Z. S. Wang et al、“Significant Influence of TiO2Photoelectrode Morphology on the Energy Conversion Efficiency of N719Dye-Sensitized Solar Cell、’’Coord. Chem. Rev. 2004、248、1381-1389。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
專(zhuān)利技術(shù)要解決的問(wèn)題但是，在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)1、非專(zhuān)利文獻(xiàn)2、3中記載的技術(shù)中，將氧化鈦漿料反復(fù)地涂敷、干燥、烘焙才能夠得到期望的厚度和效果。為了這樣地反復(fù)進(jìn)行涂敷、干燥、烘焙，成膜處理需要大量的時(shí)間和能源，因此這些技術(shù)從エ業(yè)量產(chǎn)的觀點(diǎn)來(lái)看是不現(xiàn)實(shí)的技木。因此，本技術(shù)的目的是提供能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的生產(chǎn)性的染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件及其制造方法，以及金屬氧化物漿料。用于解決問(wèn)題的手段為了解決上述問(wèn)題，第一技術(shù)是ー種染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件的制造方法，包括以下步驟通過(guò)將至少兩種以上的金屬氧化物納米顆粒、至少ー種以上的散射顆粒以及粘結(jié)劑分散到分散劑中來(lái)制備金屬氧化物漿料；以及使用金屬氧化物漿料形成多孔半導(dǎo)體層；其中，至少兩種以上的金屬氧化物納米顆粒分別具有不同的粒徑分布。第二技術(shù)是ー種染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件，包括光電極、對(duì)電極以及電解質(zhì)層，其中，光電極包括導(dǎo)電層以及多孔半導(dǎo)體層，多孔半導(dǎo)體層包括至少兩種以上的金屬氧化物納米顆粒和至少ー種以上的散射顆粒，至少兩種以上的金屬氧化物納米顆粒分別具有不同的粒徑分布。第三技術(shù)是ー種用于染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件的金屬氧化物漿料，包含 至少兩種以上的金屬氧化物納米顆粒；至少ー種以上的散射顆粒；粘結(jié)劑；以及分散劑；其中，至少兩種以上的金屬氧化物納米顆粒分別具有不同的粒徑分布。在本技術(shù)中，優(yōu)選如下將具有不同粒徑分布的至少兩種以上的金屬氧化物納米顆粒和至少ー種以上的散射顆粒均勻地分散到溶解了粘結(jié)劑的分散劑中，來(lái)制造具有預(yù)定流變學(xué)特性的金屬氧化物漿料。在本技術(shù)中，優(yōu)選如下在將高結(jié)晶性的氧化物納米膠體涂敷到導(dǎo)電層或?qū)щ娦曰纳喜⑦M(jìn)行烘焙形成粘附層之后，在粘附層的表面上涂敷一次金屬氧化物漿料的分散體來(lái)形成金屬氧化物電極。在本技術(shù)中，優(yōu)選如下將具有使用上述金屬氧化物漿料形成的多孔半導(dǎo)體層的光電極、包含TiO2(B)型納米線的凝膠狀電解質(zhì)層以及具有多孔石墨烯層的對(duì)電極組合來(lái)使用。在本技術(shù)中，使用包含具有不同粒徑分布的至少兩種以上的金屬氧化物納米顆粒和至少ー種以上的散射顆粒的金屬氧化物漿料來(lái)形成了多孔半導(dǎo)體層。在使用這樣的金屬氧化物漿料而形成的多孔半導(dǎo)體層中，因?yàn)槟軌蚣骖櫲玖系奈搅颗c光散射效果這兩個(gè)互相矛盾的功能，因此僅涂敷一次ー種漿料，就能夠形成具有優(yōu)異的轉(zhuǎn)換效率的多孔半導(dǎo)體層。所以，能夠簡(jiǎn)化多孔半導(dǎo)體層的形成步驟。專(zhuān)利技術(shù)效果如上所述，根據(jù)本技木，能夠簡(jiǎn)化多孔半導(dǎo)體層的形成步驟，因此能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的生產(chǎn)性。并且還能夠削減制造成本。附圖說(shuō)明圖1是示出本技術(shù)的ー個(gè)實(shí)施方式涉及的染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件的一個(gè)構(gòu)成例的剖面圖；圖2是放大示出多孔半導(dǎo)體層的一部分的剖面圖；圖3A和圖3B是實(shí)施例1的多孔氧化鈦層的表面SEM的照片；圖4A和圖4B是實(shí)施例1的光陽(yáng)極的剖面SEM的照片；圖4C是比較例5的光陽(yáng)極的剖面SEM的照片。符號(hào)說(shuō)明I光陽(yáng)極2對(duì)電極3電解質(zhì)層4密封件10 光11透明基材12透明導(dǎo)電層13粘附層14多孔半導(dǎo)體層 21相對(duì)基材22第一對(duì)電極層23第二對(duì)電極層31第一金屬氧化物納米顆粒32第二金屬氧化物納米顆粒33散射顆粒具體實(shí)施例方式對(duì)照附圖，按照以下的順序?qū)Ρ炯夹g(shù)的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。(I)染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件的構(gòu)成(2)金屬氧化物漿料(3)染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件的制造方法(I)染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件的構(gòu)成圖1是示出本技術(shù)的ー個(gè)實(shí)施方式涉及的染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件的一個(gè)構(gòu)成例的剖面圖。如圖1所示，該染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件(例如，染料敏化太陽(yáng)能電池)包括光陽(yáng)極(光電極)1、電解質(zhì)層3、對(duì)電極2、密封件4。光陽(yáng)極I與對(duì)電極2相對(duì)配置，其間存在電解質(zhì)3。由光陽(yáng)極I和對(duì)電極2所夾區(qū)域的外周部例如被密封件4密封。在該染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件中，例如光陽(yáng)極側(cè)的面是接受如太陽(yáng)光等光10的受光面。(光陽(yáng)極)光陽(yáng)極I包括基材11、在基材11的表面上形成的透明導(dǎo)電層12、以及在透明導(dǎo)電層12的表面上形成的多孔半導(dǎo)體層14。根據(jù)需要，光陽(yáng)極I還可以在透明導(dǎo)電層12與多孔半導(dǎo)體層14之間包括粘附層13。通過(guò)形成粘附層13，能夠有效地抑制暗電流的產(chǎn)生和電子的再結(jié)合，并且能夠提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。(對(duì)電極)對(duì)電極2包括基材21、在基材21的表面上形成的對(duì)電極層(第一對(duì)電極層)22、以及在對(duì)電極層22的表面上形成的對(duì)電極層(第二對(duì)電極層)23。(基材)作為用于光陽(yáng)極的基材11具有透明性即可，不特別限定，能夠使用各種基材，例如能夠使用具有透明性的無(wú)機(jī)基材或者塑料基材。在這些基材當(dāng)中，若考慮加工性、輕量性，則優(yōu)選使用透明塑料基材。作為基板的形狀，能夠使用例如具有透明性的薄膜、薄板、基板等。作為該基材的材料，優(yōu)選對(duì)從染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件外部侵入的水分或氣體等具有良好的隔離性、耐溶劑性、耐氣候性等的基材。作為無(wú)機(jī)基材的材料，例如可以例舉出石英、藍(lán)寶石、玻璃等。作為塑料基材的材料，例如能夠使用公知的高分子材料。作為公知的高分子材料，具體地說(shuō)，例如能夠例舉出三こ酰纖維素(TAC)、聚酯(TPEE)、聚對(duì)苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)、聚萘ニ甲酸こニ醇酯(PEN)、聚酰亞胺(PI)、聚酰胺(PA)、芳綸、聚こ烯(PE)、聚丙烯酸酷、聚醚砜、聚本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件的制造方法，包括以下步驟：通過(guò)將至少兩種以上的金屬氧化物納米顆粒、至少一種以上的散射顆粒以及粘結(jié)劑分散到分散劑中來(lái)制備金屬氧化物漿料；以及使用所述金屬氧化物漿料形成多孔半導(dǎo)體層；其中，所述至少兩種以上的金屬氧化物納米顆粒分別具有不同的粒徑分布。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件的制造方法，包括以下步驟 通過(guò)將至少兩種以上的金屬氧化物納米顆粒、至少一種以上的散射顆粒以及粘結(jié)劑分散到分散劑中來(lái)制備金屬氧化物漿料；以及 使用所述金屬氧化物漿料形成多孔半導(dǎo)體層； 其中，所述至少兩種以上的金屬氧化物納米顆粒分別具有不同的粒徑分布。2.如權(quán)利要求1所述的染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件的制造方法，其中， 所述至少兩種以上的金屬氧化物納米顆粒至少包括平均粒徑在20nm以上且SOnm以下的范圍內(nèi)的第一金屬氧化物納米顆粒、以及平均粒徑在7nm以上且20nm以下的范圍內(nèi)的第二金屬氧化物納米顆粒。3.如權(quán)利要求2所述的染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件的制造方法，其中， 金屬氧化物納米顆粒在所述金屬氧化物漿料中的含量在1. O質(zhì)量％以上且35. O質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)， 所述第一金屬氧化物納米顆粒與所述第二金屬氧化物納米顆粒的質(zhì)量比(第一金屬氧化物納米顆粒/第二金屬氧化物納米顆粒)在O. 5以上且20. O以下的范圍內(nèi)， 所述散射顆粒在所述金屬氧化物漿料中的含量在1. O質(zhì)量％以上且20. O質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)， 所述金屬氧化物納米顆粒與散射顆粒的質(zhì)量比(金屬氧化物納米顆粒/散射顆粒)在2. O以上且10. O以下的范圍內(nèi)， 所述金屬氧化物納米顆粒和所述散射顆粒在所述金屬氧化物漿料中的總含量在5. O質(zhì)量％以上且40. O質(zhì)量％以下。4.如權(quán)利要求1所述的染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件的制造方法，其中， 所述至少一種以上的散射顆粒是平均粒徑是亞微米級(jí)或微米級(jí)的至少一種以上的散射顆粒。5.如權(quán)利要求4所述的染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件的制造方法，其中， 所述散射顆粒的平均粒徑在IOOnm以上且3000nm以下。6.如權(quán)利要求1所述的染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件的制造方法，其中， 在所述多孔半導(dǎo)體層的形成步驟中，通過(guò)涂敷、烘焙所述金屬氧化物漿料來(lái)形成所述多孔半導(dǎo)體層。7.如權(quán)利要求1所述的染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件的制造方法，其中， 所述分散劑包含松油醇， 所述粘結(jié)劑包含不同粘度的兩種乙基纖維素或者一種乙基纖維素， 所述粘結(jié)劑在所述金屬氧化物漿料中的含量在1. O質(zhì)量％以上且40. O質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)。8.如權(quán)利要求7所述的染料敏化光電轉(zhuǎn)換器件的制造方法，其中， 所述兩種乙基纖維素是粘度在30cp以上且70cp以下的高粘度乙基纖維素和粘度在5cp以上且15cp以下的低粘度乙基纖維素， 所述高粘度乙基纖維素與所述低粘度乙基纖...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李勇明，高濂，楊松旺，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：索尼公司，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：