[发明专利]金属氧化物网状结构材料,太阳能电池元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属氧化物网状结构材料，一种太阳能电池元件及一种金属氧化物网状结构材料制造方法，特别是涉及一种具有包覆二氧化钛纳米粒子的一层网状金属薄膜的金属氧化物网状结构材料。 

背景技术

染料敏化太阳能电池一般包括一个工作电极，一层染料层，一层电解质及一个对电极(counter electrode)。该工作电极一般是由一导电玻璃电极与一半导体层所构成。该半导体层一般都是使用多孔性金属氧化物材料，例如二氧化钛。染料层即吸附在该多孔性金属氧化层上。染料敏化太阳能电池的效率与电子在该染料层与该多孔性金属氧化层之间的传输速度及多孔性金属氧化层的表面积有主要的关联。因此如何制造一高导电度及高表面积的多孔性金属氧化层是提升光转换效率主要的课题。 

美国专利号6,027,775及6,537,517揭露一种二氧化钛纳米管(即奈米管)的制造方法。该方法主要是将二氧化钛纳米粒子(即奈米粒子)浸入碱金属碱性溶液中以碱水热法处理所述二氧化钛纳米粒子以形成二氧化钛纳米管，再以一酸液中和及水清洗所形成的二氧化钛纳米管，然后再高温煅烧该二氧化钛纳米管。该方法所形成的二氧化钛纳米管具有一个锐钛矿结晶结构(anatase)。 

Haimin Zhang等在Langmuir 2010，26(3)杂志，第1574-1578页中揭露一种立体管形二氧化钛网状结构的制造方法。该方法主要是先在一钛金属箔上形成一层多孔性二氧化钛薄膜，将所形成的多孔性二氧化钛薄膜浸入碱金属碱性溶液中以碱水热法处理该多孔性二氧化钛薄膜，以形成一个管形二氧化钛网状结构。该方法所形成的二氧化钛网状结构具有一个钛化合物结晶结构(titanate)。 

上述专利及文献的揭露内容是以参考的方式结合在本发明专利说明书中。 

由此可见，上述现有的金属氧化层材料在产品结构、制造方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品及方法又没有适切的结构及方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种 新的金属氧化层材料、太阳能电池元件以及金属氧化层材料的制造方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。 

发明内容

本发明的一目的在于，克服现有的金属氧化层材料存在的缺陷，而提供一种新型结构的具有锐钛矿结晶结构的金属氧化物网状结构材料，所要解决的技术问题是使其能够具有高导电度及高表面积，非常适于实用。 

本发明的另一目的在于，克服现有的太阳能电池存在的缺陷，而提供一种具有金属氧化物网状结构材料的太阳能电池元件，所要解决的技术问题是增加太阳能电池元件的导电度及光转换效率，从而更加适于实用。 

本发明的又一目的在于，克服现有的金属氧化层材料的制造方法存在的缺陷，而提供一种金属氧化物网状结构材料的制造方法，所要解决的技术问题是使其能够制造出具有高导电度及高表面积的金属氧化物网状结构材料，从而更加适于实用。 

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的金属氧化物网状结构材料包含一个多孔性网状结构。该网状结构是由多数条相连的纳米须(即奈米须)所构成的。每一条纳米须包含多数个串连成链条状的二氧化钛纳米粒子及一层实质地包覆所述二氧化钛纳米粒子且使所述二氧化钛纳米粒子被串连的金属氧化物卷膜。每一条纳米须的金属氧化物卷膜与其相邻的纳米须的金属氧化物卷膜相连，使得所述纳米须相互连接。 

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。 

较佳地，前述的金属氧化物网状结构材料，其中所述的过渡金属氧化物卷膜为二氧化钛卷膜。 

较佳地，前述的金属氧化物网状结构材料，其中所述多孔性网状结构具有锐钛矿、金红石、或锐钛矿与金红石组合的结晶结构。 

较佳地，前述的金属氧化物网状结构材料，其中所述二氧化钛纳米粒子呈珠粒状。

较佳地，前述的金属氧化物网状结构材料，其中所述二氧化钛纳米粒子具有一大于零而小于50nm的粒径。 

较佳地，前述的金属氧化物网状结构材料，其中所述金属氧化物卷膜具有一大于零而小于15nm的厚度。