本发明专利技术涉及一种氧化钛复合物的制备方法以及掺有该复合物的光电转换装置。具体地，本发明专利技术公开了一种用于制备氧化钛复合物的方法，所述方法包括如下步骤：准备氧化钛纳米线；将所述氧化钛纳米线浸渍在含有硫酸氧钛和脲的溶液中，从而在所述氧化钛纳米线的表面上形成氧化钛微粒；回收其表面上形成了所述氧化钛微粒的所述氧化钛纳米线。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氧化钛复合物，更具体涉及可应用于光电转换装置的半导体层的氧化钛复合物，其制备方法以及掺有这种复合物的光电转换装置。
技术介绍
近年来，随着公众越来越关注环境保护，光伏发电变得更加重要。可以实践的装置之一是染料增感型太阳能电池(DSSC)，其由工作电极和对电极组成，其中氧化-还原电解质层被置于二者之间。工作电极由透明带电层和氧化物半导体层构成，这两层都形成在透明基板上。氧化物半导体层担载增感染料。工作电极也被称为光电极或窗电极。染料增感型太阳能电池如下这样起电池的作用太阳光激发染料中的电子并且受激电子进入氧化物半导体层、然后进入透明导电层，结果电流流过连接有负载的外电路流向对电极。与硅型太阳能电池相比，染料增感型太阳能电池具有如下优点其原料来源不太受限、不需要真空装置并且能够以低成本通过印刷或流水线系统来制备。出于这个原因，染料增感型太阳能电池得到广泛地开发。氧化物半导体层作为染料增感型太阳能电池的一个构件通常由氧化钛形成，并且为了增强氧化钛的染料吸附能力以便改善光电转换效率，已经对其进行了大量研究。在此方面，正在试图开发具有大比表面积的氧化钛或开发氧化钛纳米线复合物。这些尝试的实例包括，在含有脲和硫酸氧钛(titanium oxysulfate)的溶液中合成具有大比表面积的氧化钛膜的方法(参见S.Yamabi，H. Imai, "Synthesis of rutile and anatase films with high surface areas in aqueous solutions containing urea, " Thin Solid Films 434(2003)86-93(2.实验部分)，此后被称为非专利文献1)；和用于制备氧化钛纳米线复合物的方法(参见日本专利特开2007-70136 (第0010至0012段、 图3和图4，此后被称为专利文献1)和日本专利特开2006-182575 (第0010至0014段，此后被称为专利文献2)，以及B. Liu等人的"Oriented single crystalline titanium dioxide nanowires, "Nature Nanotechnology 19,505604(2008) (2.实验细节，3.结果与讨论，此后被称为非专利文献2))。氧化钛纳米线复合物由于具有大比表面积(这导致高染料吸附能力)以及在纳米线的长度方向上具有良好的电子导电性而被预期可用作氧化物半导体层(参见专利文献1 和日本专利特开2008-277019 (第0012至0016段和第0046至0066段，此后被称为专利文献 3)) ο标题为“光电电池以及用于形成该光电电池的多孔半导体膜的涂料”的专利文献3 公开了如下内容多孔金属氧化物半导体膜由氧化钛颗粒形成，各个颗粒包含氧化钛的基体颗粒和包覆该基体颗粒表面的一层氧化钛微粒。氧化钛基体颗粒可以是球形的、纤维形的或管形的氧化物。它们可以单独使用，或者可以彼此组合使用。纤维形或管形氧化钛应当具有5至40nm(优选8至30nm)的平均直径和25至1000 μ m(优选50至600 μ m)的平均长度。
技术实现思路
用于形成光电转换装置的半导体层的氧化钛可以是具有大比表面积的微粒形式的氧化钛。该氧化钛的表面上吸附大量染料，因而提供了大反应面积。然而，这种氧化钛由于颗粒间存在非常多的界面因而导致反应产生的电子在迁移到电极期间被大幅损耗。与此对照，用于形成染料增感型太阳能电池的半导体层的氧化钛可以是棒形氧化钛(诸如纳米线)。这种氧化钛由于颗粒间存在较少的截面因而允许反应产生的电子有效迁移至电极。然而，这种氧化钛由于具有小比表面积因而吸附的染料量有限，从而导致反应面积不足。鉴于以上不足，为了提高染料增感型太阳能电池的光电转换效率，需要一种具有低电阻和大比表面积的半导体层。本专利技术解决了上述问题。本专利技术令人希望地提供了一种用于形成光电转换装置的半导体层的氧化钛复合物、及其制备方法、以及掺有这种复合物的光电转换装置。本专利技术的一个方面提供一种用于制备氧化钛复合物的方法，所述方法包括如下步骤准备氧化钛纳米线；将所述氧化钛纳米线浸渍在含有硫酸氧钛和脲的溶液中，从而在所述氧化钛纳米线的表面上形成氧化钛微粒；回收在表面上形成了氧化钛微粒的所述氧化钛纳米线。本专利技术的另一个方面提供一种氧化钛复合物，其包含氧化钛纳米线和在所述氧化钛纳米线的表面形成的氧化钛微粒，其中所述氧化钛纳米线具有不小于50nm、不大于 IlOnm的直径。本专利技术的另一个方面提供一种光电转换装置，其包含工作电极，其上设置有由氧化钛复合物(例如在后面给出的实施方式中定义的表面改性的单晶氧化钛纳米线8)形成的半导体层(例如在后面给出的实施方式中定义的半导体层3)；对电极，其与所述工作电极相对布置；和置于所述工作电极和所述对电极之间的电解质层，其中所述氧化钛复合物具有担载在所述氧化钛纳米线和所述氧化钛微粒的表面上的染料(例如在后面给出的实施方式中定义的染料7)。根据本专利技术的一个实施方式的方法包括如下步骤准备氧化钛纳米线；将所述氧化钛纳米线浸渍在含有硫酸氧钛和脲的溶液中，从而在所述氧化钛纳米线的表面上形成氧化钛微粒；回收在表面上形成了氧化钛微粒的所述氧化钛纳米线。由上述方法制成的氧化钛复合物被制成具有大比表面积的半导体层。所得半导体层被掺入光电转换装置中以改善其光电转换效率。本专利技术提供了一种氧化钛复合物，其包含氧化钛纳米线和在所述氧化钛纳米线的表面上形成的氧化钛微粒，所述氧化钛纳米线具有不小于50nm、不大于IlOnm的直径。所述氧化钛复合物被制成具有大比表面积的半导体层。所得半导体层被掺入光电转换装置中以改善其光电转换效率。本专利技术提供了一种光电转换装置，其包含工作电极，其上设置有由氧化钛复合物形成的半导体层；对电极，其与所述工作电极相对布置；和置于所述工作电极和所述对电极之间的电解质层，其中氧化钛复合物具有担载在所述氧化钛纳米线和所述氧化钛微粒的表面上的染料。因此，该光电转换装置具有改善的光电转换效率。 附图说明图IA至IC表示根据本专利技术实施方式的氧化钛复合物的制备方法以及掺有这种氧化钛复合物的染料增感型太阳能电池的结构。图2表示根据本专利技术实施方式的氧化钛纳米线的X-射线衍射3表示根据本专利技术实施方式的氧化钛纳米线的扫描电镜(SEM)照片。图4表示根据本专利技术实施方式的氧化钛纳米线的扫描电镜(SEM)照片。图5表示根据本专利技术实施方式的已经进行表面改性处理90分钟的氧化钛纳米线的扫描电镜(SEM)照片。图6表示根据本专利技术实施方式的已经进行表面改性处理180分钟的氧化钛纳米线的扫描电镜(SEM)照片。图7A和7B是表示根据本专利技术的实施方式的已经进行了表面改性处理的氧化钛纳米线的结构的示意性立体图。图8表示根据本专利技术的实施方式的掺有已经在150°C下进行烘烤处理的半导体层 (电极)的染料增感型太阳能电池的特性。图9表示根据本专利技术的实施方式的掺有已经在510°C下进行烘烤处理的半导体层 (电极)的染料增感型太阳能电池的特性。图10表示根据本专利技术的实施方式的掺有已经在150°C下进行烘烤处理的半导体层(电极)的染料增感型太阳能电池的电流-电压特性。图11表示根据本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于制备氧化钛复合物的方法，所述方法包括如下步骤：准备氧化钛纳米线；将所述氧化钛纳米线浸渍在含有硫酸氧钛和脲的溶液中，从而在所述氧化钛纳米线的表面上形成氧化钛微粒；回收在表面上形成了所述氧化钛微粒的所述氧化钛纳米线。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：清水圭辅，檟修，中山有理，福岛和明，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP
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