[发明专利]一种在低温下制备纳米金属氧化物半导体薄膜电极的方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜电极技术领域，是针对非耐热性基底材料，在低温下制备纳米金属氧化物半导体薄膜电极的方法，所制备的半导体电极可应用在太阳能电池、光催化降解、光电生物传感等领域。

背景技术

纳米半导体薄膜不但具有优良的光电化学性质，还具有较大的比表面积、低毒性、低成本和便于加工制备的特性，已经广泛应用于太阳能电池、光催化降解、光电化学检测以及室内空气净化等领域。半导体薄膜的制备方法有很多种，包括悬涂法、溅射法、电化学沉积法、原位蚀刻法、物理压缩法等。上述方法都具有各自的优势，但是也都具有各自的局限性。比如悬涂法，虽然制备简单但是所制备的薄膜不稳定易脱落。溅射法虽然能制备较为稳定的薄膜，但是需要真空操作，制备过程较为复杂。由于工业大规模生产的需要，简单、适用于工业生产的半导体薄膜制备方法变得尤为重要。传统的制备方法为实现半导体薄膜光电性能的最优化，都要采用高温煅烧处理过程，以使制备的薄膜具有所需要的半导体晶型，并促进膜内颗粒之间的接触以降低接触电阻。由于常见的柔性基底材料如塑料、树脂等不能耐受超过200度的高温，上述基于高温煅烧的纳米半导体薄膜制备方法不适用于在柔性基底材料上操作。由于日常生活中所使用的便携器材和电子设备，如手机、计算机、家用电器等，其电路元件主要是基于塑料等柔性材料，因此一个低温的半导体薄膜制备方法显得很有必要。

纳米氧化物半导体薄膜制备方法，在专利和科研文章中已有描述和报道。在中国专利200510102357.1中，沈辉等利用铝片作为基底，先将铝片氧化为多孔的氧化铝薄片，再在此薄片上通过电沉积形成氧化钛半导体阵列，用于敏化太阳能电池的制备，此种方法获得的太阳能电池具有极高的光电转换性能。在中国专利200610134934.X中，栾松等利用低温等离子体技术来加速纳米半导体材料的制备，并消除有机溶剂的影响。他们先在氧化铟锡表面制备了氧化钛纳晶半导体电级层，然后将其转移到软质绝缘层上，实现了太阳能电池的制备。中国专利CN101692411-A中，Kang等利用阳极氧化的方法先制备纳米孔二氧化钛电极，再将纳米二氧化钛晶体固定到此纳米孔电极的表面作为染料敏化电池的工作电极，可以提高光电转换效率。美国专利US2008011351-A1中，Diau等利用二氧化钛纳米管阵列制备了染料敏化电池的工作电极，这种方法提高了电子转移速率，并且可被两个敏化电池所共用，节约了制作成本。

发明内容

本发明的目的是公开一种在低温下制备纳米金属氧化物半导体薄膜电极的方法，以克服现有技术存在的问题。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种在低温下制备纳米金属氧化物半导体薄膜电极的方法，其包括步骤：

1)将金属氧化物纳米材料放入去离子水中，加入非离子型表面活性剂，超声震荡9-11分钟，得到金属氧化物溶胶；

2)选择表面光滑的平面导电材料，并先后用有机溶剂和纯水超声清洗干净，备用；

3)取一定体积的金属氧化物溶胶，滴加在2)步中处理的导体材料表面，使之均匀涂覆，并自然晾干；

4)将金属氧化物覆盖的导体材料放入马弗炉中，在低温下煅烧≥2小时，得到纳米金属氧化物半导体薄膜电极。

所述的制备纳米金属氧化物半导体薄膜电极的方法，其所述步骤1)的金属氧化物纳米材料，其中的金属氧化物，是二氧化钛、二氧化锡、氧化锌或氧化亚铜其中之一。

所述的制备纳米金属氧化物半导体薄膜电极的方法，其所述步骤1)的金属氧化物纳米材料，其中的纳米材料，是纳米颗粒、纳米线、纳米棒、纳米管或纳米薄片其中之一，或它们的组合。

所述的制备纳米金属氧化物半导体薄膜电极的方法，其所述步骤1)的非离子型表面活性剂，其中的表面活性剂，是曲拉通X-100、吐温-20或聚乙二醇其中之一，或它们的组合。

所述的制备纳米金属氧化物半导体薄膜电极的方法，其所述步骤1)的非离子型表面活性剂，其中的表面活性剂浓度，在0.1％-1％之间。

所述的制备纳米金属氧化物半导体薄膜电极的方法，其所述步骤1)中金属氧化物溶胶的浓度在1％-10％之间。

所述的制备纳米金属氧化物半导体薄膜电极的方法，其所述步骤3)中一定体积的溶胶，其滴涂比为5-20uL/cm²；使之均匀涂覆，是利用刀片刮膜或甩胶机均匀涂覆。

所述的制备纳米金属氧化物半导体薄膜电极的方法，其所述步骤4)的低温煅烧，其煅烧温度在80-200℃之间。