专利名称：电纺丝方法制备染料敏化纳米晶半导体太阳能电池光阳极的制作方法
技术领域：
本发明属于染料敏化太阳能电池材料制备领域，特别涉及一种利用电纺丝制备染料敏化纳米晶半导体太阳能电池光阳极的方法。
背景技术：
自从1991年瑞士科学家Grtzel报道了染料敏化纳米晶半导体太阳能电池的研究工作以来，它以其高效和廉价的特性成为最具潜力的新型太阳能电池。其最高效率可达10％以上，这么高的效率一方面归功于染料敏化作用，另一方面归功于多孔纳米晶半导体薄膜作为光阳极在电池中的应用。这种光阳极是染料敏化纳米晶半导体太阳能电池的主要组成之一，其纳米晶多孔结构由于比表面积大(约100m2/g)，孔隙率高，极大的提高了染料在纳米晶半导体薄膜上的吸附，有利于电解质的填充，因此多孔纳米晶半导体薄膜在制备廉价的染料敏化纳米晶半导体太阳能电池中起到重要作用。
关于染料敏化纳米晶半导体太阳能电池光阳极的制备方法国内外均有专利报导，目前制备多孔纳米晶光阳极最成熟的方法有丝网印刷技术或手术刀(doctor-blade)法，这两种方法只能制备无序的多孔纳米晶结构。为了制备更大比表面积的纳米晶半导体光阳极，人们又不断发展各种多孔纳米晶半导体材料的制备方法，如化学沉积、电化学沉积、热分解法、模板法、表面自组装法、阳极氧化法等。而20世纪30年代出现的电纺丝法，随着近年来纳米技术的发展得到了高度的重视，利用电纺丝方法可制备出比表面积约达103m2/g的超细纤维及多孔结构。而且电纺丝法还可以通过调节工艺参数包括不同溶剂、半导体溶液、催化剂的浓度、粘合剂与半导体剂量比、液滴表面张力、两极间的距离、电压大小和电场分布、溶液的流速、喷料口的直径、形状和数量、空气的流动、环境温度、湿度等制备出纳米纤维(线)、纳米球等含多孔性的多种多样的结构。所获得的纳米多孔结构的比表面积大，孔径及厚度可调、均一性好、孔隙率高。电纺丝技术的应用国内外均有专利报导，这些报导大部分是针对有机物纤维的制备。申请号为01804242.2的专利申请公开了电纺丝方法制备药物组合物。专利号为6743273的美国专利公开了电纺丝法制备聚合物纤维，但目前为止以电纺丝方法制备染料敏化多孔纳米晶半导体太阳能电池光阳极还未见报导。
发明内容
本发明的目的是将染料敏化纳米晶半导体太阳能电池技术与电纺丝法相结合，提供一种利用电纺丝制备染料敏化纳米晶半导体太阳能电池光阳极的方法。制备出的纳米晶薄膜重复性好，半导体薄膜具有纳米多孔结构，比表面积大，孔径可调、均一性好、孔隙率高，调节不同的参数可获得多样化的结构。
本发明利用电纺丝方法制备染料敏化纳米晶半导体太阳能电池光阳极，是利用含纳米晶半导体和粘合剂的溶液或溶胶在静电场中流动并发生形变，然后经溶剂蒸发而固化最终落在接受装置上形成纳米晶薄膜，最终得到纳米晶半导体太阳能电池光阳极。
本发明利用电纺丝方法制备染料敏化纳米晶半导体太阳能电池光阳极步骤包括(1)将半导体的前驱体溶液、溶剂、粘合剂和乳化剂混合，搅拌形成分散均一、稳定的纳米晶半导体溶胶，其中溶胶中半导体前驱体的质量百分比为10％～30％，粘合剂的质量百分比为1％～5％，乳化剂的质量百分比为0.5％～1.0％，余量为溶剂；或将半导体粉末、溶剂、粘合剂和乳化剂混合，然后搅拌并超声形成分散均一、稳定的纳米晶半导体溶胶；其中溶胶中半导体粉末的质量百分比为1％～15％，粘合剂的质量百分比为1％～5％，乳化剂的质量百分比为0.5％～1.0％，余量为溶剂；(2)将透明的导电基片清洗干净；(3)安装电纺丝装置，将配料口安装到液容器上，将步骤(1)所述的纳米晶半导体溶胶加入到液容器中，然后将电纺丝装置的高压发生器连接在喷料口上，将导电透明基片(即接收器)放在喷料口下方并接地；(4)开启步骤(3)所述的高压发生器，在电场力作用下，步骤(1)的半导体溶胶通过高压喷射到步骤(2)的导电透明基片(接收器)上，从而得到纳晶半导体薄膜，薄膜厚度范围是1～100微米，电压范围1～3kV/cm；
(5)将步骤(4)得到的纳晶半导体薄膜在200～600℃烧结，即可得到染料敏化纳米晶半导体太阳能电池光阳极。
所述纳米晶太阳能电池光阳极包括纳米氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化锡、纳米钛酸锶、纳米氧化镍、纳米氧化锰、纳米氧化铁或它们任意混合物的光阳极。
所述的粘合剂包括聚乙二醇、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯脂、聚乙烯醇(PVA)、聚环氧乙烷、聚丙交酯、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯啉、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚氧乙烯、聚乙烯酯、聚己内酰胺、聚丙烯腈或它们的任意混合物。
所述的溶剂包括乙醇、水、甲酸、乙酸、氯仿、二氯甲烷、丙酮、N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃或它们的任意混合物。
所述的半导体的前驱体包括钛酸异丙酯、钛酸四丁酯、四氯化钛、醋酸锌、醋酸镍或它们的任意混合物。
所述的半导体粉末包括纳米氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化锡、纳米钛酸锶、纳米氧化镍、纳米氧化锰、纳米氧化铁或它们的任意混合物。
所述的乳化剂包括十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺酸钠、乙酰丙酮或它们的任意混合物。
所述的透明的导电基片包括导电玻璃和导电塑料薄膜。
所述的电纺丝装置包括液容器、喷料口、接收屏和高压发生器四个主要部分，其连接方式为液容器连接喷料口，而高压发生器接到喷料口上，接收屏放在喷料口下方并接地。其中接收屏是形状各异的透明导电基底，可移动以利于传送带式的大面积纺丝；高压范围一般在1.0千伏/厘米～2千伏/厘米。
本发明电纺丝方法和装置简便，廉价实用，容易操作控制，可制备多种半导体薄膜以及多组分混合薄膜，制备出的纳米晶薄膜重复性好；电纺丝工艺所得的纤维直径比传统方法制得的纤维直径小几个数量级；半导体薄膜具有纳米多孔结构，比表面积大，均一性好，调节不同的参数可获得多样化的结构；半导体纳米晶薄膜材料具有光电响应特性，能与染料有效结合形成染料敏化半导体电极，且具有光电响应特性；该材料可以附着在多种导电基底上，同时兼具染料敏化光电响应的特性，可用于制备多种太阳能电池，具有广阔的应用前景。
图1为本发明方法所用的电纺丝装置结构示意图。
图2以导电玻璃为基底以实施例1的条件制备二氧化钛薄膜的扫描电镜图象，可见该薄膜由纳米球组成。
图3以导电玻璃为基底以实施例10制备二氧化钛薄膜的扫描电镜图象，可见该薄膜由二氧化钛纳米纤维组成。
图4本发明实施例1二氧化钛纳米球的光电压和光电流谱。
图5本发明实施例10二氧化钛纳米纤维的光电压和光电流谱。
图6本发明实施例1二氧化钛纳米球用联吡啶钌作为染料，测得的光电压和光电流谱。
图7本发明实施例10二氧化钛纳米纤维用联吡啶钌作为染料，测得的光电压和光电流谱。
图8在模拟太阳光光强为100mW/cm2时，本发明实施例1二氧化钛纳米球以联吡啶钌作为染料，以0.5MliI和0.05M的I2的乙腈溶液作为电解质所组装的电池的光电流-电压特性曲线。其开路光电压为0.56V，短路光电流为19.8mA/cm2，填充因子为0.56，光电转换效率为6.2％。
附图标记1.液容器 2.溶胶3.喷料口4.高压接受器 5.薄膜6.接收器具体实施方式
实施例1(1)将二氧化钛的前驱体钛酸异丙酯10毫升滴入到60毫升水中，得到二氧化钛溶胶，然后在10克二氧化钛溶胶中加入PVA0.1克和十二烷基苯磺酸钠0.1毫升，同时加入乙酰丙酮0.2克，搅拌2小时形成分散均一、稳定的二氧化钛溶胶。
(2)将导电玻璃依次利用自来水、二次去离子水、丙酮、乙醇清洗，并吹干；(3)安装电纺丝的装置，将配料口安装到液容器上，将步骤(1)所述的纳米晶半导体溶胶放入液容器中，然后把高压发生器连接在喷料口上，将导电玻璃(即接收器)放在喷料口下方并接地。
(4)开启步骤(3)所述的高压发生器，在电场力作用下，步骤(1)的半导体溶胶通过高压喷射到步骤(2)的导电玻璃上，制备纳晶半导体薄膜，薄膜厚度范围是1微米，电压为2kV/cm。
(5)将步骤(4)得到的纳晶半导体薄膜500℃烧结，即可得到染料敏化太阳能电池的光阳极。
实施例2(1)将二氧化钛的前驱体钛酸异丙酯10毫升滴入到100毫升水中形成二氧化钛溶胶，然后在10克二氧化钛溶胶中加入PVA0.2克和十二烷基苯磺酸0.1毫升，同时加入乙酰丙酮0.1克，搅拌2小时形成分散均一、稳定的二氧化钛溶胶。
(2)将导电玻璃依次利用自来水、二次去离子水、丙酮、乙醇清洗，并吹干；(3)安装电纺丝的装置，将配料口安装到液容器上，将步骤(1)所述的纳米晶半导体溶胶放入液容器中，然后把高压发生器连接在喷料口上，将导电玻璃(即接收器)放在喷料口下方并接地。
(4)开启步骤(3)所述的高压发生器，在电场力作用下，步骤(1)的半导体溶胶通过高压喷射到步骤(2)的导电玻璃上，制备纳晶半导体薄膜，薄膜厚度范围是10微米，电压为2.5kV/cm。
(5)将步骤(4)得到的纳晶半导体薄膜500℃烧结，即可得到染料敏化太阳能电池的光阳极。
实施例3(1)将二氧化钛的前驱体钛酸异丙酯10毫升滴入到30毫升水中形成二氧化钛溶胶，然后在10克二氧化钛溶胶中加入PVA0.3克和十二烷基苯环酸0.05毫升，搅拌2小时形成分散均一、稳定的二氧化钛溶胶。
(2)将导电玻璃依次利用自来水、二次去离子水、丙酮、乙醇清洗，并吹干；(3)安装电纺丝的装置，将配料口安装到液容器上，将步骤(1)所述的纳米晶半导体溶胶放入液容器中，然后把高压发生器连接在喷料口上，将导电玻璃(即接收器)放在喷料口下方并接地。
(4)开启步骤(3)所述的高压发生器，在电场力作用下，步骤(1)的半导体溶胶通过高压喷射到步骤(2)的导电玻璃上，制备纳晶半导体薄膜，薄膜厚度范围是20微米，电压为1.7kV/cm。
(5)将步骤(4)得到的纳晶半导体薄膜400℃烧结，即可得到染料敏化太阳能电池的光阳极。
实施例4(1)将二氧化钛的前驱体钛酸异丙酯10毫升滴入到60毫升水中得到二氧化钛，然后在10克二氧化钛溶胶中加入与PVA0.4克和十二烷基苯磺酸0.05毫升，搅拌2小时形成分散均一、稳定的二氧化钛溶胶。
(2)将导电玻璃依次利用自来水、二次去离子水、丙酮、乙醇清洗，并吹干；(3)安装电纺丝的装置，将配料口安装到液容器上，将步骤(1)所述的纳米晶半导体溶胶放入液容器中，然后把高压发生器连接在喷料口上，将导电玻璃(即接收器)放在喷料口下方并接地。
(4)开启步骤(3)所述的高压发生器，在电场力作用下，步骤(1)的半导体溶胶通过高压喷射到步骤(2)的导电玻璃上，制备纳晶半导体薄膜，薄膜厚度范围是100微米，电压为1.3kV/cm。
(5)将步骤(4)得到的纳晶半导体薄膜500℃烧结，即可得到染料敏化太阳能电池的光阳极。
实施例5(1)将二氧化钛的前驱体钛酸异丙酯10毫升滴入到60毫升水中得到二氧化钛溶胶，然后在10克二氧化钛溶胶中加入重量比为10％的PVP乙醇溶液1克和十二烷基苯磺酸0.1毫升，同时加入乙酰丙酮0.2克，搅拌2小时形成分散均一、稳定的二氧化钛溶胶。
(2)将导电玻璃依次利用自来水、二次去离子水、丙酮、乙醇清洗，并吹干；(3)安装电纺丝的装置，将配料口安装到液容器上，将步骤(1)所述的纳米晶半导体溶胶放入液容器中，然后把高压发生器连接在喷料口上，将导电玻璃(即接收器)放在喷料口下方并接地。
(4)开启步骤(3)所述的高压发生器，在电场力作用下，步骤(1)的半导体溶胶通过高压喷射到步骤(2)的导电玻璃上，制备纳晶半导体薄膜，薄膜厚度范围是1微米，电压为3kV/cm。
(5)将步骤(4)得到的纳晶半导体薄膜450℃烧结，即可得到染料敏化太阳能电池的光阳极。
实施例6(1)将二氧化钛的前驱体钛酸异丙酯10毫升滴入到水中得到二氧化钛溶胶，然后在10克二氧化钛溶胶中加入PVP0.2克和十二烷基苯磺酸0.1毫升，同时加入乙酰丙酮0.2克，搅拌2小时形成分散均一、稳定的二氧化钛溶胶。
(2)将导电玻璃依次利用自来水、二次去离子水、丙酮、乙醇清洗，并吹干；(3)安装电纺丝的装置，将配料口安装到液容器上，将步骤(1)所述的纳米晶半导体溶胶放入液容器中，然后把高压发生器连接在喷料口上，将导电玻璃(即接收器)放在喷料口下方并接地。
(4)开启步骤(3)所述的高压发生器，在电场力作用下，步骤(1)的半导体溶胶通过高压喷射到步骤(2)的导电玻璃上，制备纳晶半导体薄膜，薄膜厚度范围是15微米，电压为2kV/cm。
(5)将步骤(4)得到的纳晶半导体薄膜500℃烧结，即可得到染料敏化太阳能电池的光阳极。
实施例7(1)将二氧化钛的前驱体钛酸异丙酯10毫升滴入到60毫升水中得到二氧化钛溶胶，然后在10克二氧化钛溶胶中加入0.3克PVP和十二烷基苯磺酸0.1毫升，搅拌2小时形成分散均一、稳定的二氧化钛溶胶。
(2)将导电玻璃依次利用自来水、二次去离子水、丙酮、乙醇清洗，并吹干；(3)安装电纺丝的装置，将配料口安装到液容器上，将步骤(1)所述的纳米晶半导体溶胶放入液容器中，然后把高压发生器连接在喷料口上，将导电玻璃(即接收器)放在喷料口下方并接地。
(4)开启步骤(3)所述的高压发生器，在电场力作用下，步骤(1)的半导体溶胶通过高压喷射到步骤(2)的导电玻璃上，制备纳晶半导体薄膜，薄膜厚度范围是30微米，电压为1.5kV/cm。
(5)将步骤(4)得到的纳晶半导体薄膜450℃烧结，即可得到染料敏化太阳能电池的光阳极。
实施例8(1)将二氧化钛的前驱体钛酸异丙酯10毫升滴入到60毫升水中得到二氧化钛溶胶，然后在10克二氧化钛溶胶中加入PVP0.5克和十二烷基苯磺酸0.1毫升，同时加入乙酰丙酮0.2克，搅拌2小时形成分散均一、稳定的二氧化钛溶胶。
(2)将导电玻璃依次利用自来水、二次去离子水、丙酮、乙醇清洗，并吹干；(3)安装电纺丝的装置，将配料口安装到液容器上，将步骤(1)所述的纳米晶半导体溶胶放入液容器中，然后把高压发生器连接在喷料口上，将导电玻璃(即接收器)放在喷料口下方并接地。
(4)开启步骤(3)所述的高压发生器，在电场力作用下，步骤(1)的半导体溶胶通过高压喷射到步骤(2)的导电玻璃上，制备纳晶半导体薄膜，薄膜厚度范围是100微米，电压为1kV/cm。
(5)将步骤(4)得到的纳晶半导体薄膜500℃烧结，即可得到染料敏化太阳能电池的光阳极。
实施例9(1)将0.6克TiO2粉末溶于3毫升乙醇和6毫升水的混合液中，加入重量比为33％PVA水溶液1毫升，然后再加入十二烷基苯磺酸0.05毫升，搅拌10分钟，超声20分钟即可得到电纺丝所需溶胶。
(2)将导电玻璃依次利用自来水、二次去离子水、丙酮、乙醇清洗，并吹干；(3)安装电纺丝的装置，将配料口安装到液容器上，将步骤(1)所述的纳米晶半导体溶胶放入液容器中，然后把高压发生器连接在喷料口上，将导电玻璃(即接收器)放在喷料口下方并接地。
(4)开启步骤(3)所述的高压发生器，在电场力作用下，步骤(1)的半导体溶胶通过高压喷射到步骤(2)的导电玻璃上，制备纳晶半导体薄膜，薄膜厚度范围是5微米，电压范围13kV/cm。
(5)将步骤(4)得到的纳晶半导体薄膜450℃烧结，即可得到染料敏化纳米晶半导体太阳能电池光阳极。
实施例10(1)将0.3克PVP溶于2毫升乙酸和7毫升乙醇的混合溶液中，搅拌至PVP全部溶解，然后加入1毫升钛酸四丁酯，搅拌1小时即可得到电纺丝所需溶胶。
(2)将导电玻璃依次利用自来水、二次去离子水、丙酮、乙醇清洗，并吹干；(3)安装电纺丝的装置，将配料口安装到液容器上，将步骤(1)所述的纳米晶半导体溶胶放入液容器中，然后把高压发生器连接在喷料口上，将导电玻璃(即接收器)放在喷料口下方并接地。
(4)开启步骤(3)所述的高压发生器，在电场力作用下，步骤(1)的半导体溶胶通过高压喷射到步骤(2)的导电玻璃上，制备纳晶半导体薄膜，薄膜厚度范围是10微米，电压范围1kV/cm。
(5)将步骤(4)得到的纳晶半导体薄膜450℃烧结，即可得到染料敏化纳米晶半导体太阳能电池光阳极。
实施例11(1)称取1.5克醋酸镍溶解在15毫升去离子水中，再将其缓慢滴加到40毫升重量比为10％PVA的水溶液中，得到电纺丝所需溶胶；(2)将导电玻璃依次利用自来水、二次去离子水、丙酮、乙醇清洗，并吹干；(3)安装电纺丝的装置，将配料口安装到液容器上，将步骤(1)所述的纳米晶半导体溶胶放入液容器中，然后把高压发生器连接在喷料口上，将导电玻璃(即接收器)放在喷料口下方并接地。
(4)开启步骤(3)所述的高压发生器，在电场力作用下，步骤(1)的半导体溶胶通过高压喷射到步骤(2)的导电玻璃上，制备纳晶半导体薄膜，薄膜厚度范围是10微米，电压范围1.5kV/cm。
(5)将步骤(4)得到的纳晶半导体薄膜600℃烧结，即可得到染料敏化纳米晶半导体太阳能电池光阳极。
实施例12(1)称取1.5克醋酸锌溶解在15毫升去离子水中，然后加入聚乙二醇4克，充分搅拌后即可得到电纺丝所需溶胶。
(2)将导电玻璃依次利用自来水、二次去离子水、丙酮、乙醇清洗，并吹干；
(3)安装电纺丝的装置，将配料口安装到液容器上，将步骤(1)所述的纳米晶半导体溶胶放入液容器中，然后把高压发生器连接在喷料口上，将导电玻璃(即接收器)放在喷料口下方并接地。
(4)开启步骤(3)所述的高压发生器，在电场力作用下，步骤(1)的半导体溶胶通过高压喷射到步骤(2)的导电玻璃上，制备纳晶半导体薄膜，薄膜厚度范围是10微米，电压范围1.3kV/cm。
(5)将步骤(4)得到的纳晶半导体薄膜600℃烧结，即可得到染料敏化纳米晶半导体太阳能电池光阳极。
实施例13(1)3毫升乙醇、6毫升水和0.5克纳米SnO2粉末混合，搅拌1小时，加入重量比为50％聚乙烯吡咯啉溶液1毫升，然后再加入乙酰丙酮0.2毫升和十二烷基苯磺酸0.1毫升，搅拌6小时，超声5小时即可得到电纺丝所需溶胶。
(2)将导电玻璃依次利用自来水、二次去离子水、丙酮、乙醇清洗，并吹干；(3)安装电纺丝的装置，将配料口安装到液容器上，将步骤(1)所述的纳米晶半导体溶胶放入液容器中，然后把高压发生器连接在喷料口上，将导电玻璃(即接收器)放在喷料口下方并接地。
(4)开启步骤(3)所述的高压发生器，在电场力作用下，步骤(1)的半导体溶胶通过高压喷射到步骤(2)的导电玻璃上，制备纳晶半导体薄膜，薄膜厚度范围是10微米，电压范围2kV/cm。
(5)将步骤(4)得到的纳晶半导体薄膜600℃烧结，即可得到染料敏化纳米晶半导体太阳能电池光阳极。
实施例14(1)3毫升乙醇、6毫升水和0.5克纳米钛酸锶粉末混合搅拌1小时，加入重量比为50％聚乙烯溶液1毫升，然后再加入乙酰丙酮0.2毫升和十二烷基苯磺酸2毫升，搅拌1天，超声3小时即可得到电纺丝所需溶胶。
(2)将导电玻璃依次利用自来水、二次去离子水、丙酮、乙醇清洗，并吹干；(3)安装电纺丝的装置，将配料口安装到液容器上，将步骤(1)所述的纳米晶半导体溶胶放入液容器中，然后把高压发生器连接在喷料口上，将导电玻璃(即接收器)放在喷料口下方并接地。
(4)开启步骤(3)所述的高压发生器，在电场力作用下，步骤(1)的半导体溶胶通过高压喷射到步骤(2)的导电玻璃上，制备纳晶半导体薄膜，薄膜厚度范围是10微米，电压范围2kV/cm。
(5)将步骤(4)得到的纳晶半导体薄膜600℃烧结，即可得到染料敏化纳米晶半导体太阳能电池光阳极。
实施例15(1)3毫升乙醇、6毫升水和0.5克纳米氧化锰粉末混合搅拌1小时，加入重量比为50％聚丙烯溶液1毫升，然后再加入乙酰丙酮0.2毫升和十二烷基苯磺酸0.1毫升，搅拌1天，超声3小时即可得到电纺丝所需溶胶。
(2)将导电玻璃依次利用自来水、二次去离子水、丙酮、乙醇清洗，并吹干；(3)安装电纺丝的装置，将配料口安装到液容器上，将步骤(1)所述的纳米晶半导体溶胶放入液容器中，然后把高压发生器连接在喷料口上，将导电玻璃(即接收器)放在喷料口下方并接地。
(4)开启步骤(3)所述的高压发生器，在电场力作用下，步骤(1)的半导体溶胶通过高压喷射到步骤(2)的导电玻璃上，制备纳晶半导体薄膜，薄膜厚度范围是10微米，电压范围2.5kV/cm。
(5)将步骤(4)得到的纳晶半导体薄膜600℃烧结，即可得到染料敏化纳米晶半导体太阳能电池光阳极。
实施例16(1)3毫升乙醇、6毫升水和0.5克纳米氧化铁粉末混合搅拌1小时，加入重量比为50％聚丙烯脂溶液1毫升，然后再加入乙酰丙酮0.2毫升和十二烷基苯磺酸0.1毫升，搅拌1天，超声3小时即可得到电纺丝所需溶胶。
(2)将导电玻璃依次利用自来水、二次去离子水、丙酮、乙醇清洗，并吹干；(3)安装电纺丝的装置，将配料口安装到液容器上，将步骤(1)所述的纳米晶半导体溶胶放入液容器中，然后把高压发生器连接在喷料口上，将导电玻璃(即接收器)放在喷料口下方并接地。
(4)开启步骤(3)所述的高压发生器，在电场力作用下，步骤(1)的半导体溶胶通过高压喷射到步骤(2)的导电玻璃上，制备纳晶半导体薄膜，薄膜厚度范围是10微米，电压范围1.7kV/cm。
(5)将步骤(4)得到的纳晶半导体薄膜600℃烧结，即可得到染料敏化纳米晶半导体太阳能电池光阳极。
实施例17(1)将0.4克聚环氧乙烷溶于2毫升乙酸和7毫升乙醇的混合溶液中，搅拌至聚环氧乙烷全部溶解，然后加入1毫升钛酸四丁酯，搅拌1小时即可得到电纺丝所需溶胶。
(2)将导电玻璃依次利用自来水、二次去离子水、丙酮、乙醇清洗，并吹干；(3)安装电纺丝的装置，将配料口安装到液容器上，将步骤(1)所述的纳米晶半导体溶胶放入液容器中，然后把高压发生器连接在喷料口上，将导电玻璃(即接收器)放在喷料口下方并接地。
(4)开启步骤(3)所述的高压发生器，在电场力作用下，步骤(1)的半导体溶胶通过高压喷射到步骤(2)的导电玻璃上，制备纳晶半导体薄膜，薄膜厚度是10微米，电压范围2kV/cm。
(5)将步骤(4)得到的纳晶半导体薄膜500℃烧结，即可得到染料敏化纳米晶半导体太阳能电池光阳极。
实施例18(1)将0.6克聚苯乙烯溶于2毫升乙酸和7毫升乙醇的混合溶液中，搅拌至聚苯乙烯全部溶解，然后加入1毫升钛酸异丙酯，搅拌1小时即可得到电纺丝所需溶胶。
(2)将导电玻璃依次利用自来水、二次去离子水、丙酮、乙醇清洗，并吹干；(3)安装电纺丝的装置，将配料口安装到液容器上，将步骤(1)所述的纳米晶半导体溶胶放入液容器中，然后把高压发生器连接在喷料口上，将导电玻璃(即接收器)放在喷料口下方并接地。
(4)开启步骤(3)所述的高压发生器，在电场力作用下，步骤(1)的半导体溶胶通过高压喷射到步骤(2)的导电玻璃上，制备纳晶半导体薄膜，薄膜厚度范围是10微米，电压范围2kV/cm。
(5)将步骤(4)得到的纳晶半导体薄膜500℃烧结，即可得到染料敏化纳米晶半导体太阳能电池光阳极。将具有导电性薄膜的透明基片清洗干净；实施例19(1)将0.6克纳米TiO2粉末溶于3毫升乙醇和6毫升水的混合液中，加入重量比为33％PVA水溶液1毫升，然后再加入十二烷基苯磺酸0.05毫升，搅拌10分钟，超声20分钟即可得到电纺丝所需溶胶。
(2)将透明的导电塑料薄膜依次利用自来水、二次去离子水、丙酮、乙醇清洗，并吹干；(3)安装电纺丝的装置，将配料口安装到液容器上，将步骤(1)所述的纳米晶半导体溶胶放入液容器中，然后把高压发生器连接在喷料口上，将透明的导电塑料薄膜(即接收器)放在喷料口下方并接地。
(4)开启步骤(3)所述的高压发生器，在电场力作用下，步骤(1)的半导体溶胶通过高压喷射到步骤(2)的透明导电塑料薄膜上，制备纳晶半导体薄膜，薄膜厚度范围是5微米，电压范围13kV/cm。
(5)将步骤(4)得到的纳晶半导体薄膜200℃烧结，即可得到染料敏化纳米晶半导体太阳能电池光阳极。
实施例20(1)将0.3克纳米TiO2粉末和0.3克纳米ZnO粉末混合后溶于3毫升乙醇和6毫升水的混合液中，加入重量比为33％PVA水溶液1毫升，然后再加入十二烷基苯磺酸0.05毫升，搅拌10分钟，超声20分钟即可得到电纺丝所需溶胶。
(2)将导电玻璃依次利用自来水、二次去离子水、丙酮、乙醇清洗，并吹干；(3)安装电纺丝的装置，将配料口安装到液容器上，将步骤(1)所述的纳米晶半导体溶胶放入液容器中，然后把高压发生器连接在喷料口上，将导电玻璃(即接收器)放在喷料口下方并接地。
(4)开启步骤(3)所述的高压发生器，在电场力作用下，步骤(1)的半导体溶胶通过高压喷射到步骤(2)的导电玻璃上，制备纳晶半导体薄膜，薄膜厚度范围是5微米，电压范围13kV/cm。
(5)将步骤(4)得到的纳晶半导体薄膜450℃烧结，即可得到染料敏化纳米晶半导体太阳能电池光阳极。
权利要求
1.一种利用电纺丝方法制备染料敏化纳米晶半导体太阳能电池光阳极的方法，其特征在于所述的方法步骤包括(1)将半导体的前驱体溶液、溶剂、粘合剂和乳化剂混合，搅拌形成分散均一、稳定的纳米晶半导体溶胶，其中溶胶中半导体前驱体的质量百分比为10％～30％，粘合剂的质量百分比为1％～5％，乳化剂的质量百分比为0.5％～1.0％，余量为溶剂；或将半导体粉末、溶剂、粘合剂和乳化剂混合，然后搅拌并超声形成分散均一、稳定的纳米晶半导体溶胶；其中溶胶中半导体粉末的质量百分比为1％～15％，粘合剂的质量百分比为1％～5％，乳化剂的质量百分比为0.5％～1.0％，余量为溶剂；(2)将透明的导电基片清洗干净；(3)开启电纺丝装置的高压发生器，在电场力作用下，将步骤(1)的半导体溶胶通过高压喷射到步骤(2)的导电性薄膜透明基片上，从而得到纳晶半导体薄膜，薄膜厚度范围是1～100微米，电压范围1～3kV/cm；(4)将步骤(3)得到的纳晶半导体薄膜在200～600℃烧结，得到染料敏化纳米晶半导体太阳能电池光阳极。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述纳米晶太阳能电池光阳极包括纳米氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化锡、纳米钛酸锶、纳米氧化镍、纳米氧化锰、纳米氧化铁或它们任意混合物的光阳极。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的粘合剂包括聚乙二醇、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯脂、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚丙交酯、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯啉、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧乙烯、聚乙烯酯、聚己内酰胺、聚丙烯腈或它们的任意混合物。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的溶剂包括乙醇、水、甲酸、乙酸、氯仿、二氯甲烷、丙酮、N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃或它们的任意混合物。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的半导体的前驱体包括钛酸异丙酯、钛酸四丁酯、四氯化钛、醋酸锌、醋酸镍或它们的任意混合物。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的半导体粉末包括纳米氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化锡、纳米钛酸锶、纳米氧化镍、纳米氧化锰、纳米氧化铁或它们的任意混合物。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的乳化剂包括十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺酸钠、乙酰丙酮或它们的任意混合物。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的透明导电基片包括导电玻璃和导电塑料薄膜。
全文摘要
本发明属于染料敏化太阳能电池材料制备领域，特别涉及一种利用电纺丝制备染料敏化纳米晶半导体太阳能电池光阳极的方法。利用电纺丝的方法，在电场力作用下将含纳米晶半导体的溶液喷射到导电基底上形成薄膜，此薄膜具有多孔纳米结构，能够产生光电流和光电压。该方法设备简单、廉价实用、容易操作控制，可大面积制备薄膜，可以在多种导电基底上沉积半导体薄膜，所制备的半导体薄膜具有比表面积和孔隙率高、孔径可调、均一性好、结构多样等特点，所制备的染料敏化固态或液态太阳能电池效率与传统方法制备的纳晶半导体电池效率相当，是一种理想的制备染料敏化太阳能电池光阳极的新方法。
文档编号H01L31/18GK1790752SQ20041009892
公开日2006年6月21日 申请日期2004年12月15日 优先权日2004年12月15日
发明者谭庶欣, 赵勇, 王立芳, 翟锦, 江雷 申请人:中国科学院化学研究所