[发明专利]一种制备染料敏化太阳能电池对电极碳薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备染料敏化太阳能电池对电极碳薄膜的方法。

背景技术

染料敏化太阳能电池是一种新型太阳能电池。在染料敏化半导体太阳能电池中，宽带隙的半导体(如TiO₂)捕获太阳光的能力差，无法将其直接用于太阳能的转换；选择与宽带隙半导体的导带和价带能量匹配的染料，使其吸附在半导体的表面上，利用染料对可见光的强吸收从而将体系的光谱响应延伸到可见区，这种现象就叫做半导体的染料光敏化作用，而具有这种特性的染料就叫做染料光敏化剂，又叫光敏化染料。光敏染料和宽带隙的半导体共同构成太阳能电池的阳极；而太阳能电池的阴极(对电极)通常由铂、碳、镍、氧化铜、导电聚合物等材料构成；对电极(阴极)的作用是将电子快速、低耗地传递给电解质，还原电解质中的氧化态离子。因此，对电极材料应具有较高的催化活性和导电性。目前铂(Pt)对电极的应用最为广泛，铂的催化活性好，电阻低，但是价格昂贵。碳薄膜的成本低廉、导电性好，催化活性高，是一种较好的对电极材料，碳薄膜对电极已经能够达到与铂对电极相近的光电转换率。

目前，简便、高效的染料敏化太阳能电池对电极碳薄膜的制备方法是磁控溅射法。其操作是用高能量的强离子束轰击碳靶材表面，使碳靶材中的碳直接溅射在对电极基体上形成碳薄膜。其成膜容易、操作相对简单、不污染环境。但其制得的碳薄膜为非晶化结构，均匀性差，有褶皱，导电性差，电池的光电转换率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备染料敏化太阳能电池对电极碳薄膜的方法，该方法制备的碳薄膜为晶化结构，均匀性好，无褶皱，导电性好，电池的光电转换率高；且其制备过程简单，能耗小，制备成本低。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种制备染料敏化太阳能电池对电极碳薄膜的方法，其步骤是:

a、基体清洗：将作为基体的石英棒基体依次在丙酮、乙醇、去离子水中进行10-20分钟的超声清洗；

b、溅射准备：将石英棒用热氮气干燥后，放在磁控溅射设备的衬底上，在磁控溅射设备的溅射靶上安装纯度为99.99％的石墨靶材，调整靶材到石英棒的距离为5-7厘米，将真空室抽真空至气压小于2×10^-4Pa，再通入纯度为99.995％的氩气，使真空室气压为0.45-0.55Pa，调整衬底温度为380-420℃；

c、磁控溅射：进行溅射直流电流为0.2-0.4A、时间为0.5h-1.0h的溅射；

d、后退火处理：将c步处理后的石英棒封入气压小于1×10^-2Pa的真空石英管中，置于管式炉中进行氩气保护气氛下的后退火处理，后退火处理时的参数为：以2℃/min升至750-850℃，再保温0.5-1h；然后炉冷，即得。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明通过特定条件下的磁控溅射在石英棒表面得到碳薄膜，然后，通过750-850℃的退火处理，减少内部应力、碳薄膜形成晶化结构、薄膜与基体间的附着力强，薄膜均匀、平整无褶皱，导电性好，以其作阴极制得的电池的光电转换率高。

二、本发明的真空要求仅为10^-4Pa数量级，溅射沉积时间仅需30-60分钟，整个制备过程仅有2-3小时。所需的设备为常用的磁控溅射设备和管式炉。其制备效率高，制备成本低，可重复性好，适合于工业化生产。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例1的碳薄膜的X射线衍射图谱。图1的纵坐标为衍射强度(Intens ity)、任意单位(a.u.)；横坐标为衍射角2θ,单位为度(degree)。

图2是本发明实施例1的碳薄膜的5000倍扫描电镜照片。

具体实施方式

实施例1

一种制备染料敏化太阳能电池对电极碳薄膜的方法，其步骤是:

a、基体清洗：将作为基体的石英棒基体依次在丙酮、乙醇、去离子水中进行20分钟的超声清洗；

b、溅射准备：将石英棒用热氮气干燥后，放在磁控溅射设备的衬底上，在磁控溅射设备的溅射靶上安装纯度为99.99％的石墨靶材，调整靶材到石英棒的距离为7厘米，将真空室抽真空至气压小于2×10^-4Pa，再通入纯度为99.995％的氩气，使真空室气压为0.55Pa，调整衬底温度为400℃；

c、磁控溅射：进行溅射直流电流为0.4A、时间为0.5h的溅射；