專利名稱：納米多晶生物薄膜光電池及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池及其制作方法，特別涉及一種納米材料生物薄膜光電池及其制作方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的納米多晶生物薄膜光電池具有如下結(jié)構(gòu)它由層式結(jié)構(gòu)組成，從上到下的結(jié)構(gòu)為①透光塑料膜蓋層，②SnO2導(dǎo)電膜層，③有機(jī)或無機(jī)光敏染料，ZnO、ZnS、Nb2O2或iO2半導(dǎo)體薄膜和乳膠狀氧化還原劑自組裝成的具有空穴的半導(dǎo)體膜，④Ag、Au或Pt制成的導(dǎo)電膜，⑤SnO2導(dǎo)電膜層，⑥薄板墊層。
本發(fā)明還提供了納米多晶生物薄膜光電池的制作方法，它采用如下步驟制成A清洗并吹干用磁控濺射法在其上制成SnO2導(dǎo)電膜的透光塑料膜蓋層；B清洗并吹干用磁控濺射法在其上制成SnO2導(dǎo)電膜的薄板墊層；C在干凈薄板墊層導(dǎo)電面上用高壓槍噴涂Ag、Au、Pt導(dǎo)電溶液并吹干；D將C步驟產(chǎn)品放到真空烤爐中烤干；E在D步驟產(chǎn)品上用絲網(wǎng)印刷法涂上ZnO、ZnS、TiO2或Nb2O2乳膠膜并吹干；F將E步驟產(chǎn)品放到真空烤爐中烤干；G將F步驟產(chǎn)品放入有機(jī)或無機(jī)光敏染料溶液中浸泡后，取出吹干；H在G步驟產(chǎn)品的半導(dǎo)體層面涂上氧化還原凝膠；I將A步驟產(chǎn)品和H步驟產(chǎn)品的導(dǎo)電面邊框涂上紫外膠并在紫外燈下固化封口，然后用導(dǎo)電膠在A步驟產(chǎn)品和H步驟產(chǎn)品的導(dǎo)電面粘接電線，并在120℃烘結(jié)。
圖2為納米多晶生物薄膜光電池的結(jié)構(gòu)3為圖2所示納米多晶物生薄膜光電池的E局部放大3中21為染料和半導(dǎo)體乳膠膜，22為電解質(zhì)與氧化還原電子對(duì)D/D+圖4為葉綠體結(jié)構(gòu)示意4中11為葉綠體外皮，12為基粒，13為基質(zhì)，14為類囊體，15為基粒片層，16為基質(zhì)層下面對(duì)納米多晶生物薄膜光電池的制作方法做進(jìn)一步說明，它采取以下步驟制成
A工業(yè)清洗并吹干用磁控濺射法在其上制成SnO2導(dǎo)電膜層的透光塑料膜蓋層，膜厚20μ；B工業(yè)清洗并吹干用磁控濺射法在其上制成SnO2導(dǎo)電膜層的鋁、銅、不銹鋼薄板墊層，膜厚20μ；C在干凈薄板墊層導(dǎo)電面上用高壓槍噴涂Ag、Au、Pt等導(dǎo)電溶液并吹干，溶液濃度為10-5M，金屬顆料小于30nm；D將C步驟產(chǎn)品放至真空烤爐中烤至350℃，并恒溫10分鐘，降至100℃取出；E在D步驟產(chǎn)品上用絲網(wǎng)印刷法涂上ZnO、ZnS、TiO2或Nb2O2等乳膠膜并吹干，乳膠濃度為30mg/ml，膜厚10-20μ，粒徑小于25nm，表面粗糟度為100-300；F將E步驟產(chǎn)品放至真空爐中烤至450℃，恒溫30分鐘，同時(shí)通入氮?dú)?，降溫?00℃取去；G將F步驟產(chǎn)品放入有機(jī)或無機(jī)光敏染料溶液中浸泡30分鐘，該液溶濃度為2×10-4M，PH值為3.5，粒徑小于20nm，然后取出吹干；H在G步驟產(chǎn)品半導(dǎo)體層面(朝陽面 涂上氧化還原劑凝膠(如I2-/I3-或LiBr等)；I將A步驟產(chǎn)品和H步驟產(chǎn)品的導(dǎo)電面邊框涂上紫外膠并在紫外燈下固化封口，然后用導(dǎo)電膠在A步驟產(chǎn)品和H步驟產(chǎn)品的導(dǎo)電面粘接電線，并在120℃烘結(jié)。
這里特別要指出的是G步驟所用無機(jī)或有機(jī)染料以類似葉綠體中類囊體的活性物質(zhì)為好。如圖4所示，色素占葉綠素干重的8％左右，是光電效應(yīng)的載體，葉綠素中20-40％是脂類、形成葉綠體的膜，有10-20％的儲(chǔ)存物質(zhì)(碳水化合物)，有10％的Mg、Fe、Mn、Cu、Zn、K、P、Ca等元素，他們組成光學(xué)作用中氧化還原反應(yīng)的離子群，還有各類核苷酸和醌，它們?cè)诠怆娦?yīng)中傳遞電子。從色素的成份可知，色素中參與光電效應(yīng)逸出電子的元素較多，故其能吸收近紫外至紅外較寬波段的光能，因而其光電轉(zhuǎn)換率較高；(傳統(tǒng)光電池僅1至數(shù)種半導(dǎo)體元素，故其光電池轉(zhuǎn)換率不易提高)，如圖4所示，葉綠體中具有光電效應(yīng)功能的類囊體與基質(zhì)一起組成納米碳及其衍生物的網(wǎng)，類囊體以成片狀結(jié)構(gòu)并迭成園柱狀，這表明捕獲光電的機(jī)構(gòu)高度密集，更有效地收集光能，加速光電反應(yīng)，該類囊體屬典型的天然納米多晶生物器件，與納米科技術(shù)中平板印刷自我組裝技術(shù)有驚人的相似之處。采用上述技術(shù)的納米多晶生物化學(xué)光電池自然光電轉(zhuǎn)換率較高，應(yīng)用成本較低。
本發(fā)明具有以下技術(shù)效果及創(chuàng)新1、運(yùn)用了納米科技的費(fèi)米能級(jí)效應(yīng)、量子效應(yīng)、場(chǎng)致效應(yīng)、界面效應(yīng)和尺寸效應(yīng)等新理論，制作方法上應(yīng)用了納米材料器件制作中的自組裝技術(shù)；2、光電池成本每峰瓦在0.5美元以下；3、光電池光電轉(zhuǎn)換率大于10％；4、性能穩(wěn)重，壽命大于15年；5、氧化還原劑被固化，解決了液體電解質(zhì)外泄的難題；6、屬弱光型全波段光電池；
7、光電池頂?shù)讓雍蛫A層均為可卷曲的薄膜材料，可抗一定外力，便于戶外使用和維護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種納米多晶生物薄膜光電池，其特征在于其由層式結(jié)構(gòu)組成，從上到下的結(jié)構(gòu)為①透光塑料膜蓋層，②SnO2導(dǎo)電膜層，③有機(jī)或無機(jī)光敏染料，ZnO、ZnS、Nb2O2或TiO2半導(dǎo)體薄膜和乳膠狀氧化還原劑自組裝成的具有空穴的半導(dǎo)體膜，④Ag、Au、Pt制成的導(dǎo)電膜，⑤SnO2導(dǎo)電膜層，⑥薄板墊層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米多晶生物薄膜光電池，其特征在于所述第①層透光大于85％，耐200℃高溫；第②層膜厚20μ，□電阻小于10Ω；第③層包括Pd、Rh、Ru敏化的有機(jī)或無機(jī)染料；第④層膜厚10μ；第⑤層膜厚20μ，□電阻小于10Ω；第⑥層薄板墊層由鋁、銅或不銹鋼板制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米多晶生物薄膜光電池，其特征在于它采用如下步驟制成A清洗并吹于用磁控濺射法在其上制成SnO2導(dǎo)電膜層的透光塑料膜蓋層；B清洗并吹干用磁控濺射法在其上制成SnO2導(dǎo)電膜層的薄板墊層；C在干凈薄板墊層導(dǎo)電面上用高壓槍噴涂Ag、Au、Pt導(dǎo)電溶液并吹干；D將C步驟產(chǎn)品放到真空烤爐中烤干；E在D步驟產(chǎn)品上用絲網(wǎng)印刷法涂上ZnO、ZnS、TiO2或Nb2O2乳膠膜并吹干；F將E步驟產(chǎn)品放到真空烤爐中烤干；G將F步驟產(chǎn)品放入有機(jī)或無機(jī)光敏染料溶液中浸泡后，取出吹干；H在G步驟產(chǎn)品的半導(dǎo)體層面涂上氧化還原凝膠；I將A步驟產(chǎn)品和H步驟產(chǎn)品的導(dǎo)電面邊框涂上紫外膠并在紫外燈下固化封口，然后用導(dǎo)電膠在A步驟產(chǎn)品和H步驟產(chǎn)品的導(dǎo)電面粘接電線，并在120℃烘結(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米多晶生物薄膜光電池制作方法，其特征在于B步驟中導(dǎo)電薄板墊層由鋁、銅、不銹鋼薄板制成；C步驟中導(dǎo)電溶液濃度10-5M，金屬顆料小于30nm；D步驟中烤溫為350℃，并恒溫10分鐘、降溫至10℃取出；E步驟中乳膠濃度為30mg/ml，膜厚10-20μ，粒徑小于25nm，表面粗糟度為100-300；F步驟中烤溫為450℃，恒溫30分鐘，同時(shí)通入氮?dú)猓禍氐?00℃取去；G步驟中浸泡30分鐘，溶液濃度為2×10-4M，PH值為3.5，粒徑小于20nm；H步驟中氧化還原凝膠包括I2-、I3-或LiBr。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的納米多晶物薄膜光電池制作方法，其特征在于G步驟所述有機(jī)光敏染料為葉綠體中類囊體。
全文摘要
本發(fā)明公開一種納米多晶生物薄膜光電池及其制作方法。為解決現(xiàn)有太陽能光電池生產(chǎn)、使用成本高的問題而設(shè)計(jì)，該光電池從上到下的結(jié)構(gòu)為①透光塑料膜蓋層，②SnO
文檔編號(hào)H01L51/00GK1414641SQ0113668
公開日2003年4月30日 申請(qǐng)日期2001年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月26日
發(fā)明者徐瑞松 申請(qǐng)人:徐瑞松