軟基納米半導體敏化薄膜太陽能電池及制造方法技術

本發明專利技術公開一種軟基納米半導體敏化薄膜太陽能電池，由基體（１）、導電層（２）、納晶半導體電極層及染料敏化層（３）、固態電解質層（４）、金屬電極層（５）、基體（６）復合而成，與導電層（２）相接有電池陽極接線（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）是軟質絕緣層，所述的導電層（２）是ＩＴＯ薄膜。納晶半導體電極層坯料是通過低溫等離子場處理而形成納晶半導體電極層，具有生產工藝簡單、造價低廉、重量輕、使用方便等優點。

【技術實現步驟摘要】

：本專利技術涉及一種太陽能電池及制造方法，尤其是一種生產工藝簡單、造價低廉、重量輕、使用方便的軟基納米半導體敏化薄膜太陽能電池及制造方法。
技術介紹
：以往，太陽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，目前太陽能電池多采用的是納米半導體敏化薄膜太陽能電池，其效率可達18～40％。納米半導體敏化薄膜太陽能電池的生產方法是取具有導電層的基體，將超微粒(納米級)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—凝膠坯料涂覆在導電層上，經過300～600℃高溫煅燒，形成半導體多孔電極，然后用窄禁帶量子尺寸的半導體硫化鎘、硫化鉛進行修飾，形成納晶半導體電極層，再經過卟啉、肽菁有機體染料敏化納晶半導體電極層，形成染料敏化層，從導電層上引出電池陽極接線；在另一塊基體上鍍涂金屬(Pt)電極層，在金屬電極層上設置液態電解質層或涂覆固態電解質層，從金屬電極層上引出電池陽極接線；將兩塊基體復合在一起，應保證染料敏化層與電解質層相對應，電池陰極接線與電池陽極引線不相重合。由于現有生產方法需用300～600℃高溫煅燒，因此存在以下問題：1.基體必需是耐高溫材料，故現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，只能采用浸漬提拉涂覆、旋轉涂覆、噴涂法以及絲網印刷法等，生產效率低，對涂層的形狀、厚度、尺寸等難以控制，直接影響光電池的質量；2.由于煅燒溫度高、時間長，不但浪費大量能源，增大生產成本，而且會促使納米粒子晶核快速生長，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。
技術實現思路
：-->本專利技術是為了解決現有技術所存在的上述問題，提供一種生產工藝簡單、造價低廉、重量輕、使用方便的軟基納米半導體敏化薄膜太陽能電池及制造方法。本專利技術的技術解決方案是：一種軟基納米半導體敏化薄膜太陽能電池，由基體1、導電層2、納晶半導體電極層及染料敏化層3、固態電解質層4、金屬電極層5、基體6復合而成，與導電層2相接有電池陽極接線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是軟質絕緣層，所述的導電層2是ITO薄膜。所述的軟質絕緣層是PET或PI塑料薄膜。所述的納晶半導體電極層是TiO2層。一種軟基納米半導體敏化薄膜太陽能電池的制造方法，其特征在于有如下步驟：a.在ITO薄膜2上印刷納晶半導體電極層坯料；b.將納晶半導體電極層坯料經過低溫等離子場處理，并經半導體修飾、染料敏化形成納晶半導體電極層及染料敏化層3；c.將ITO薄膜2、納晶半導體電極層及染料敏化層3剪下并粘接在軟質絕緣層1上，制作電池陽極接線7；d.在軟質絕緣層6上鍍金屬電極層5；e.在金屬電極層5上涂固態電解質層4并制作電池陰極接線8；f.將軟質絕緣層1與軟質絕緣層6復合，其中的納晶半導體電極層及染料敏化層3與電解質層4相對應，電池陰極接線與電池陽極引線不相重合。所述的低溫等離子場的電壓是3～50KV，頻率是40～50KHz。所述的等離子場中充有氫氣或氫氣與氬氣或氫氣與氖氣。本專利技術同現有技術最大的區別是用低溫等離子場處理納晶半導體電極層坯料。由于低溫等離子場中等離子體溫度在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，因此，本專利技術具有以下優點：1.高溫度等離子體與納米顆粒未接觸部位產生放電，生成焦耳熱，大大促進納米顆粒原子的擴散，使受熱均勻，能夠使納晶半導體電極層坯料中的有機物、水、雜質等迅速氣化，處理時間短，節約能源；同時等離子體帶能量少，納晶半導體電極層坯料中納米顆粒受離子撞擊溫度快速升高，脈沖間隔時間溫-->度快速下降可避免納米粒子晶核長大，晶型穩定，可控性高，可將納米粒子直徑控制在3～100μm；2.使納晶半導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，產生活性基團，為納晶半導體電極層半導體修飾、染料敏化提供了較好的吸附條件；3.由于電子能量較低，作用時間極短，能夠迅速活化表面生成游離基，無脈沖期間快速冷卻，在下一脈沖到來時已恢復到初態，可以對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體電極層，即可用軟質絕緣層作為基體。用軟質絕緣層作為基體的優點如下：①.軟質絕緣層成本較低，使得整個產品造價低廉，便于普及；②.可以將軟質絕緣層卷制成卷，用凹板印刷工藝印制納晶半導體電極層坯料，印刷速度快、生產效率高，而且形狀、尺寸、厚度的可控性強；③.可以將成卷的軟質絕緣層一邊放卷、一邊收卷，用導向軸導向、平等壓輥傳動，連續通過等離子場進行等離子體處理，處理效率高、成本低；④.可以不受尺寸限制，制成相互串聯、并聯的高電壓大功率電池。附圖說明：圖1是本專利技術實施例1、2a、b步驟中產品的結構示意圖。圖2、3是本專利技術實施例1c步驟中產品的結構示意圖。圖4是本專利技術實施例1d、e步驟中產品的結構示意圖。圖5、6是本專利技術實施例2的產品結構示意圖。圖7是本專利技術實施例1、2的等離子場處理設備結構示意圖。具體實施方式：下面將結合附圖說明本專利技術的具體實施方式。實施例1：a.如圖1所示：用凹板印刷工藝在ITO薄膜2上印刷納晶半導體電極層坯料，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，外購即可；納晶半導體電極層坯料可同現有技術，即微粒(納米級)二氧化鈦或氧化鋅、三氧化鐵熔膠—凝膠坯料。b.將印刷在ITO薄膜上的納晶半導體電極層坯料經過低溫等離子場處理，并經半導體修飾、染料敏化形成納晶半導體電極層及染料敏化層3；低溫等離子場的形成如圖7所示，有平行設置并與電源E相接的相并聯正極板9、負極-->板10，在極板間兩端設置有導向軸11、12、導向軸11、12之間有多個平等壓輥13，同時設置有放卷軸14、收卷軸15。電源E向正負極板9、10提供產生低溫等離子場的直流脈沖電壓，產生低溫等離子場的電暈脈沖上升前沿極陡，寬度極窄，只有質量輕的電子才能被加速產生“非平衡等離子體”，最好是3～50KV，頻率是40～50KHz。成卷的軟質絕緣層一邊放卷、一邊收卷，用導向軸導向、平等壓輥傳動，連續通過等離子場進行等離子體處理。半導體修飾、染料敏化工藝均同現有技術。c.如圖2、3所示：將ITO薄膜2、納晶半導體電極層及染料敏化層3單塊剪下并粘接在軟質絕緣層1上，如PET或PI塑料薄膜，制作電池陽極接線7；d.如圖4所示：在軟質絕緣層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上涂固態電解質層4并制作電池陰極接線8，固態電解質層4同現有技術；f.將軟質絕緣層1與軟質絕緣層6用膠粘合在一起，其中的納晶半導體電極層及染料敏化層3與電解質層4相對應，電池陰極接線與電池陽極引線不相重合。即制成軟基納米半導體敏化薄膜太陽能電池，由基體1、導電層2、納晶半導體電極層及染料敏化層3、固態電解質層4、金屬電極層5、基體6復合而成，與導電層2相接有電池陽極接線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是軟質絕緣層(PET或PI塑料薄膜本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種軟基納米半導體敏化薄膜太陽能電池，由基體（１）、導電層（２）、納晶半導體電極層及染料敏化層（３）、固態電解質層（４）、金屬電極層（５）、基體（６）復合而成，與導電層（２）相接有電池陽極接線（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）是軟質絕緣層，所述的導電層（２）是ＩＴＯ薄膜。

【技術特征摘要】
1.一種軟基納米半導體敏化薄膜太陽能電池，由基體(1)、導電層(2)、納晶半導體電極層及染料敏化層(3)、固態電解質層(4)、金屬電極層(5)、基體(6)復合而成，與導電層(2)相接有電池陽極接線(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)是軟質絕緣層，所述的導電層(2)是ITO薄膜。2.根據權利要求1所述的軟基納米半導體敏化薄膜太陽能電池，其特征在于：所述的軟質絕緣層是PET或PI塑料薄膜。3.根據權利要求1或2所述的軟基納米半導體敏化薄膜太陽能電池，其特征在于：所述的納晶半導體電極層是TiO2層。4.一種軟基納米半導體敏化薄膜太陽能電池的制造方法，其特征在于有如下步驟：a.在ITO薄膜(2)上印刷納晶半導體電極層坯料；b.將納晶半導體電極層坯料經...

【專利技術屬性】
技術研發人員：欒松，欒文彥，欒竹，
申請(專利權)人：欒松，欒文彥，欒竹，
類型：發明
國別省市：91[中國|大連]