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DE102004054756A1 - UV stabilised semiconductor material comprises a semiconductor oxide and at least one UV stabilising element - Google Patents

UV stabilised semiconductor material comprises a semiconductor oxide and at least one UV stabilising element Download PDF

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DE102004054756A1
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Rainer Dr. Kern
Andreas Dr. Hinsch
Sarmimala Hore
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Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Abstract

A UV stabilised semiconductor material, especially for solar cells, comprises a semiconductor oxide and at least one UV stabilising element, eg Mg or Ca. The semiconductor oxide is TiO2.

Description

Technisches Anwendungsgebiettechnical field of use

Die vorliegende Erfindung betrifft ein UV-stabilisierendes Halbleitermaterial, insbesondere für Solarzellen, ein Verfahren zur Herstellung dieses Halbleitermaterials sowie unterschiedliche Verwendungen des Halbleitermaterials zur Stabilisierung photooxidativer Materialien.The The present invention relates to a UV-stabilizing semiconductor material. especially for Solar cells, a process for producing this semiconductor material as well as different uses of the semiconductor material for Stabilization of photooxidative materials.

Ein wichtiges Anwendungsgebiet des vorliegenden Halbleitermaterials liegt auf dem Gebiet der Farbstoff-sensibilisierten Solarzellen, im Folgenden auch als Farbstoff-Solarzellen bezeichnet. Die Photoelektrode einer derartigen Farbstoff-Solarzelle ist aus einem porösen Film aus nanokristallinem TiO2 gebildet, das mit einem Farbstoff, beispielsweise einem metallorganischen Ruthenium-Farbstoff, beschichtet ist, der das einfallende Licht stark absorbiert. Die Photoanregung des Farbstoffes führt zur Injektion von Elektronen in das Leitungsband des Halbleiteroxids. Der auf diese Weise oxidierte Farbstoff nimmt die fehlenden Elektronen von Jodid-Ionen eines Elektrolyten wieder auf, der zwischen der Photoelektrode und einer mit Platin beschichteten Gegenelektrode eingebracht ist. Das durch die Elektronenabgabe erhaltene Trijodid wird an dieser Gegenelektrode wieder zu Jodid reduziert. Die gesamte Anordnung ist als bekannte Sandwich-Konfiguration aufgebaut. Durch die poröse Form der Photoelektrode aus dem nanokristallinen TiO2-Halbleiteroxid kann der Elektrolyt mit dem Redoxpaar I–/I3 – in die einzelnen Poren der Photoelektrode eindringen. Durch die nanoporöse Struktur steht eine große interne Oberfläche für die Farbstoffadsorption und somit für die Erzeugung des Photostroms zur Verfügung.An important field of application of the present semiconductor material is in the field of dye-sensitized solar cells, hereinafter also referred to as dye solar cells. The photoelectrode of such a dye solar cell is formed of a porous film of nanocrystalline TiO 2 , which is coated with a dye, such as a metallo-organic ruthenium dye, which strongly absorbs the incident light. The photoexcitation of the dye leads to the injection of electrons into the conduction band of the semiconductor oxide. The thus-oxidized dye resumes the missing electrons of iodide ions of an electrolyte interposed between the photoelectrode and a platinum-coated counter electrode. The triiodide obtained by the electron donation is reduced again to iodide at this counter electrode. The entire arrangement is constructed as a known sandwich configuration. Due to the porous form of the photoelectrode from the nanocrystalline TiO 2 semiconductor oxide, the electrolyte with the redox couple I - / I 3 - can penetrate into the individual pores of the photoelectrode. The nanoporous structure provides a large internal surface for dye adsorption and thus photocurrent generation.

Die Photoelektrode sowie die Gegenelektrode werden in der Regel mit einer Siebdruck-Technik als dünner Film jeweils auf ein mit fluordotiertem Zinnoxid (F:SnO2) beschichtetes Glassubstrat aufgebracht und anschließend bei etwa 450–500°C für 30 Minuten gebrannt. Die Herstellung des nanokristallinen TiO2 für die aufzubringende Paste erfolgt in der Regel durch kontrollierte Hydrolyse einer Ti(IV)-Verbindung, die entweder als Alkoxid oder als Chlorid vorliegt. Ein hierbei häufig eingesetztes Alkoxid ist Titanisopropoxid, das entweder einer katalytischen Hydrolyse oder einer Hydrolyse und Peptisierung in Gegenwart eines Peptisierungsagenten, der eine Säure oder eine Base sein kann, unterzogen wird. Das Kolloid wird in ein TiO2-Puder überführt, aus dem, gegebenenfalls nach Zugabe eines Bindemittels, die Paste für den anschließenden Siebdruck zur Erzeugung der Photoelektrode erhalten wird.The photoelectrode and the counterelectrode are usually applied to a fluorine-doped tin oxide (F: SnO 2 ) coated glass substrate by a screen-printing technique as a thin film, and then baked at about 450-500 ° C for 30 minutes. The preparation of the nanocrystalline TiO 2 for the paste to be applied is generally carried out by controlled hydrolysis of a Ti (IV) compound, which is present either as alkoxide or as chloride. A commonly used alkoxide is titanium isopropoxide, which undergoes either catalytic hydrolysis or hydrolysis and peptization in the presence of a peptization agent, which may be an acid or a base. The colloid is transferred to a TiO 2 powder from which, optionally after addition of a binder, the paste for the subsequent screen printing to produce the photoelectrode is obtained.

Farbstoff-Solarzellen zeigen zwar eine hohe Energiekonversionseffizienz, leiden jedoch an einer geringen UV-Stabilität. So generiert der UV-Anteil bei der Beleuchtung von Farbstoff-Solarzellen Elektronen und Löcher in dem Halbleiteroxid. Die Elektronen reagieren mit dem Trijodid zu Jodid. Die Löcher können mit dem Elektrolyten Seitenreaktionen eingehen und dadurch nicht mit dem Jodid reagieren. Dadurch verringert sich die Konzentration an Trijodid. Dieser Prozess verkürzt die Lebensdauer von Farbstoff-Solarzellen erheblich.Dye solar cells Although they show high energy conversion efficiency, they suffer at a low UV stability. Thus, the UV component generates in the illumination of dye solar cells Electrons and holes in the semiconductor oxide. The electrons react with the triiodide to iodide. The holes can with the side reactions to the electrolyte and thus not with react to the iodide. This reduces the concentration Triiodide. This process shortens the life of dye solar cells considerably.

Neben dem speziellen Anwendungsgebiet der Farbstoff-Solarzellen besteht auch auf anderen Gebieten, auf denen photooxidative Materialien eingesetzt werden, ein Bedarf an Techniken zur Erhöhung der UV-Stabilität.Next the special field of application of the dye solar cells also in other fields where photooxidative materials a need for techniques for increasing the UV stability.

Zur Erhöhung der UV-Stabilität von Farbstoff-Solarzellen wird in A. Hinsch et al., „Long-term Stability of Dye-Sensitised Solar Cells" Prog. Photovolt: Res. Appl. 2001; 9; Seiten 425–438, vorgeschlagen, den Elektrolyten UV-stabilisierende Additive, insbesondere MgI2 oder CaI2, beizugeben. Mit der Zugabe dieser Materialien konnte eine deutliche Erhöhung der Langzeit-UV-Stabilität der Solarzellen erreicht werden.In order to increase the UV stability of dye solar cells, A. Hinsch et al., "Long-term Stability of Dye-Sensitized Solar Cells" Prog. Photovolt: Res. Appl. 2001; 9; pp. 425-438, proposes To add to the electrolyte UV-stabilizing additives, in particular MgI 2 or CaI 2. With the addition of these materials, a significant increase in the long-term UV stability of the solar cells could be achieved.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine weitere Technik der Erhöhung der UV-Stabilität photooxidativer Materialien anzugeben, die sich insbesondere bei Farbstoff-Solarzellen vorteilhaft einsetzen lässt.The The object of the present invention is a further technique the increase the UV stability photooxidative Specify materials that are particularly useful in dye solar cells can be used advantageously.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe wird mit dem Halbleitermaterial sowie dem Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Halbleitermaterials sowie des Herstellungsverfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen. Die Patentansprüche 10 bis 12 geben vorteilhafte Verwendungen des vorgeschlagenen Halbleitermaterials an.The Task is with the semiconductor material and the method according to claims 1 and 7 solved. Advantageous embodiments of the proposed semiconductor material and the manufacturing process are the subject of the dependent claims or leave The following description and the embodiments remove. The claims FIGS. 10 to 12 illustrate advantageous uses of the proposed semiconductor material at.

Das erfindungsgemäße UV-stabilisierende Halbleitermaterial ist als Mischoxid aus einem Halbleiteroxid und zumindest einem UV-stabilisierenden Element gebildet. Dieses Halbleitermaterial wird in direkten Kontakt mit den zu stabilisierenden photooxidativen Materialien gebracht. Derartige Materialien können beispielsweise organische oder anorganische Elektrolyte, gelartig oder nicht viskos, sein, die Redoxpaare enthalten können. Weiterhin können die photooxidativen Materialien geschmolzene Salze, leitfähige organische Materialien, Farbstoffe, Pigmente oder andere organische Materialien sein. Bei einem Einsatz in Farbstoff-Solarzellen wird das vorgeschlagene Halbleitermaterial als Grundmaterial für die Photoelektrode eingesetzt, die in Kontakt mit dem Farbstoff und mit dem Elektrolyten ist. Auf diese Weise ist keine Zugabe von Additiven zum Elektrolyten mehr erforderlich. Alleine aufgrund des Kontaktes des Elektrolyten mit der Photoelektrode wird bereits die UV-stabilisierende Wirkung erreicht.The UV-stabilizing semiconductor material according to the invention is formed as a mixed oxide from a semiconductor oxide and at least one UV-stabilizing element. This semiconductor material is brought into direct contact with the photooxidative materials to be stabilized. Such materials may be, for example, organic or inorganic electrolytes, gel-like or non-viscous, which may contain redox couples. Furthermore, the photooxidative materials may be molten salts, conductive organic materials, dyes, pigments or other organic materials. at For use in dye solar cells, the proposed semiconductor material is used as the base material for the photoelectrode, which is in contact with the dye and with the electrolyte. In this way, it is no longer necessary to add additives to the electrolyte. Alone due to the contact of the electrolyte with the photoelectrode, the UV stabilizing effect is already achieved.

In der nachfolgenden Beschreibung wird vor allem auf den Einsatz des vorgeschlagenen Halbleitermaterials in Farbstoff-Solarzellen eingegangen. Das Halbleitermaterial lässt sich jedoch auch für andere Anwendungen, beispielsweise zur Erhöhung der UV-Stabilität von Farben oder Lacken, einsetzen. In diesem Fall werden der Farbe beispielsweise nanokristalline Teilchen des vorliegenden Halbleitermaterials beigemischt, so dass die photooxidativen Komponenten der Farbe in direkten Kontakt zur Oberfläche des Halbleitermaterials treten. Auch weitere Anwendungen zur Stabilisierung photooxidativer Materialien in anderen Bereichen sind möglich, beispielsweise Anwendungen in der Sensorik, solange das vorliegende Halbleitermaterial in der jeweiligen Anwendung in direkten Kontakt mit diesen Materialien gebracht werden kann.In The following description is mainly based on the use of suggested semiconductor material in dye solar cells received. The Semiconductor material leaves but also for other applications, for example to increase the UV stability of colors or paints. In this case, for example, the color admixed nanocrystalline particles of the present semiconductor material, so that the photo-oxidative components of the paint are in direct contact to the surface of the semiconductor material. Also other applications for stabilization Photooxidative materials in other areas are possible, for example Applications in sensor technology, as long as the present semiconductor material in the respective application in direct contact with these materials can be brought.

Beim Einsatz des vorliegenden Halbleitermaterials als Grundmaterial für die Photoelektrode in Farbstoff-Solarzellen erstreckt sich die UV-stabilisierende Wirkung sowohl auf den aufgebrachten Farbstoff als auch auf das Redoxpaar im eingesetzten Elektrolyten. Im Gegensatz zur Zugabe UV-stabilisierender Additive zum Elektrolyten ermöglicht die vorliegende Technik eine Erhöhung der UV-Stabilität bereits durch geeignete Herstellung der Photoelektrode. Der Herstellungsprozess lässt sich vorteilhaft mit der gleichen Apparatur durchführen, mit der auch bereits das bisher eingesetzte Halbleiteroxid hergestellt wird ("one pot synthesis"). Hierbei wird die Ausgangssubstanz für das Halbleiteroxid als Sol zunächst mit der ebenfalls als Sol erzeugten Ausgangssubstanz des UV-stabilisierenden Elementes vermischt. Die Mischung wird anschließend, ebenso wie dies bisher mit dem Sol des Halbleiteroxids erfolgte, einer Sol-Gel-Synthese unterzogen. Das Kolloid wird in ein TiO2-Puder überführt, aus dem die Paste zur Erzeugung der Photoelektrode erhalten wird. Diese Paste, der gegebenenfalls auch zusätzliche Bindemittel zugegeben werden können, wird dann beispielsweise mittels einer bekannten Siebdruck- Technik auf die üblichen beschichteten Glassubstrate der Solarzelle aufgebracht.When using the present semiconductor material as a base material for the photoelectrode in dye solar cells, the UV stabilizing effect extends both to the applied dye and to the redox couple in the electrolyte used. In contrast to the addition of UV-stabilizing additives to the electrolyte, the present technique allows an increase in UV stability already by suitable preparation of the photoelectrode. The manufacturing process can be advantageously carried out with the same apparatus, with which even the previously used semiconductor oxide is produced ("one pot synthesis"). Here, the starting material for the semiconductor oxide is first mixed as a sol with the starting material of the UV-stabilizing element, which is also produced as a sol. The mixture is then, as was previously done with the sol of the semiconductor oxide, a sol-gel synthesis. The colloid is transferred to a TiO 2 powder, from which the paste for generating the photoelectrode is obtained. This paste, which may optionally also be added with additional binders, is then applied, for example by means of a known screen-printing technique, to the customary coated glass substrates of the solar cell.

Da bei Einsatz des vorliegenden Halbleitermaterials eine Zugabe von Additiven zum Elektrolyten nicht mehr erforderlich ist, wird auch eine mögliche Kontamination der mit Platin beschichteten Gegenelektrode durch die Additive verhindert.There when using the present semiconductor material, an addition of Additives to the electrolyte is no longer necessary, too a possible Contamination of platinum-coated counter electrode by prevents the additives.

Bevorzugte UV-stabilisierende Elemente sind zweiwertige Elemente wie beispielsweise Mg oder Ca. Diese werden vorzugsweise als Alkoxide für die Herstellung des vorliegenden Mischoxids bereitgestellt. Als Halbleiteroxid wird vorzugsweise TiO2 verwendet, das ebenfalls als Alkoxid oder als Chlorid zur Verfügung gestellt werden kann.Preferred UV stabilizing elements are divalent elements such as Mg or Ca. These are preferably provided as alkoxides for the preparation of the present mixed oxide. The semiconductor oxide used is preferably TiO 2 , which can also be provided as alkoxide or as chloride.

Das Halbleiteroxid und das UV-stabilisierende Element können im vorliegenden UV-stabilisierenden Halbleitermaterial im Verhältnis von ca. 1 : 1 bis 100 : 1 vorliegen.The Semiconductor oxide and the UV stabilizing element can be used in the present UV-stabilizing semiconductor material in the ratio of about 1: 1 to 100: 1 present.

Durch die Herstellung des Halbleitermaterials in nanokristalliner und/oder poröser Form lassen sich sehr große Oberflächen als Kontaktflächen erzeugen, die damit eine gegenüber einem nicht porösen oder vollvolumigen Zustand erhöhte UV-stabilisierende Wirkung aufweisen.By the production of the semiconductor material in nanocrystalline and / or porous Shape can be very big surfaces as contact surfaces generate that with it one opposite a non-porous one or full-volume condition increased Have UV stabilizing effect.

Das Halbleitermaterial kann in Teilchenform vorliegen, wobei die Teilchen beispielsweise eine mittlere Größe von ca. 20 nm aufweisen können, oder auch in einer amorphen Struktur, in welche TiO2-Partikel eingelagert sind. Auch diese Ausgestaltung eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen, in denen ein photoempfindliches Material in engen Kontakt zum Halbleiteroxid gebracht werden kann, um eine UV-Degradation zu vermindern oder zu vermeiden.The semiconductor material may be in particle form, wherein the particles may for example have an average size of about 20 nm, or in an amorphous structure, in which TiO 2 particles are embedded. This embodiment is also suitable for a variety of applications in which a photosensitive material can be brought into close contact with the semiconductor oxide in order to reduce or avoid UV degradation.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of drawings

Das vorliegende Halbleitermaterial sowie das zugehörige Verfahren werden nachfolgend anhand der Anwendung in einer Farbstoff-Solarzelle nochmals beispielhaft näher erläutert. Hierbei zeigenThe present semiconductor material and the associated method are described below by way of example in a dye solar cell explained in more detail. in this connection demonstrate

1 ein Beispiel für den schematischen Aufbau einer Farbstoff-Solarzelle mit dem vorliegenden Halbleitermaterial; 1 an example of the schematic structure of a dye solar cell with the present semiconductor material;

2 ein Beispiel für die Erhöhung der UV-Stabilität bei Einsatz des vorliegenden Halbleitermaterials; und 2 an example of increasing the UV stability when using the present semiconductor material; and

3 ein Röntgenspektrum eines Halbleitermaterials gemäß der vorliegenden Erfindung. 3 an X-ray spectrum of a semiconductor material according to the present invention.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to execute the invention

1 zeigt den typischen Aufbau einer Farbstoff-Solarzelle wie sie mit dem vorliegenden Halbleitermaterial realisiert wird. Die Solarzelle wird auf beiden Seiten durch zwei Glassubstrate 1 begrenzt, an deren Innenseiten jeweils eine Schicht 2 aus F:SnO2 aufgebracht ist. Auf einer dieser Schichten wird eine Schicht 3 des vorgeschlagenen Halbleitermaterials, im vorliegenden Beispiel MgTiO2-Partikel, mittels einer Siebdruck-Technik aufgebracht. Die einzelnen nanokristallinen Partikel dieser Schicht 3 sind mit einem Farbstoff 4 beschichtet. Durch die dünne Schicht 3 aus dem vorliegenden Halbleitermaterial wird die Photoelektrode der Solarzelle gebildet. Die Gegenelektrode besteht aus einer Platin-Beschichtung 5 an der Innenseite des gegenüberliegenden Glassubstrats 1. Zwischen der Photo- und der Gegenelektrode befindet sich der I–/I3 –-Elektrolyt 6. Der Prozess der Erzeugung des Photostromes durch Oxidation des Farbstoffs 4 unter Abgabe von Elektronen an das Leitungsband des Halbleitermaterials (MgTiO2) und die Wiederaufnahme von Elektronen über das Redoxpaar I–/I3 – wurde bereits in der Beschreibungseinleitung erläutert. 1 shows the typical structure of a dye solar cell as it is realized with the present semiconductor material. The solar cell is sandwiched on both sides by two glass substrates 1 limited, on the insides of each one layer 2 from F: SnO 2 is applied. On one of these layers becomes a layer 3 the proposed semiconductor material, in the present example MgTiO 2 particles, applied by means of a screen printing technique. The individual nanocrystalline particles of this layer 3 are with a dye 4 coated. Through the thin layer 3 From the present semiconductor material, the photoelectrode of the solar cell is formed. The counter electrode consists of a platinum coating 5 on the inside of the opposite glass substrate 1 , Between the photo and the counter electrode is the I - / I 3 - electrolyte 6 , The process of generating the photocurrent by oxidation of the dye 4 with delivery of electrons to the conduction band of the semiconductor material (MgTiO 2 ) and the resumption of electrons via the redox couple I - / I 3 - has already been explained in the introduction to the description.

Ein Vergleich der UV-Stabilität des Farbstoffes Methylenblau auf einer Schicht aus dem Mischoxid MgTiO2 und einer Schicht aus TiO2 kann der 2 entnommen werden. Diese zeigt die relative Absorptionsänderung des hier eingesetzten Farbstoffes Methylenblau durch UV-Bestrahlung in Abhängigkeit von der Zeit. Die deutlich höhere UV-Stabilität bei Einsatz des vorliegenden Halbleitermaterials ist in dieser Figur deutlich zu erkennen.A comparison of the UV stability of the dye methylene blue on a layer of the mixed oxide MgTiO 2 and a layer of TiO 2 , the 2 be removed. This shows the relative absorption change of the dye used here methylene blue by UV irradiation as a function of time. The significantly higher UV stability when using the present semiconductor material can be clearly seen in this figure.

Für die Herstellung des vorgeschlagenen Halbleitermaterials wird vorzugsweise ein Verfahren eingesetzt, wie es auch bisher zur Herstellung des Halbleiteroxids TiO2 für die Photoelektrode bekannter Solarzellen genutzt wird. Dieses Verfahren beruht auf der bekannten Sol-Gel-Synthese nanokristalliner Partikel. Zunächst wird ein Sol des als Halbleiteroxid eingesetzten TiO2 durch katalytische Hydrolyse von Titan-isopropoxiden oder -chloriden oder anderer Alkoxide des Titans synthetisiert. Die kolloidale Synthese von TiO2 wird üblicher Weise durch eine durch Säure oder Base katalysierte Hydrolyse des Titan-isopropoxids begleitet. Hierbei werden beispielsweise 125 ml Titan-isopropoxid in 750 ml einer 0,1 molaren Salpetersäure oder einer 0,1 molaren Essigsäure oder eines 0,15 molaren Tetramethyl-Ammoniumhydroxids unter starkem Rühren eingebracht. Es bildet sich sofort ein weißes Fällungsprodukt, das dann für 8 Stunden auf 80°C aufgeheizt wird, um eine komplette Peptisierung zu erreichen. Dem Titan-isopropoxid werden im vorliegenden Beispiel 55,5 g Magnesiummethoxide beigemischt, so dass die Solbildung mit anschließender Peptisierung mit dieser Mischung erfolgt.For the production of the proposed semiconductor material, a method is preferably used, as it is also previously used for the preparation of the semiconductor oxide TiO 2 for the photoelectrode of known solar cells. This method is based on the known sol-gel synthesis of nanocrystalline particles. First, a sol of the TiO 2 used as a semiconductor oxide is synthesized by catalytic hydrolysis of titanium isopropoxides or chlorides or other alkoxides of titanium. The colloidal synthesis of TiO 2 is usually accompanied by acid or base catalyzed hydrolysis of the titanium isopropoxide. Here, for example, 125 ml of titanium isopropoxide in 750 ml of a 0.1 molar nitric acid or a 0.1 molar acetic acid or a 0.15 molar tetramethyl-ammonium hydroxide are introduced with vigorous stirring. It immediately forms a white precipitate which is then heated to 80 ° C for 8 hours to achieve complete peptization. In the present example, 55.5 g of magnesium methoxides are admixed with the titanium isopropoxide, so that the sol formation takes place with subsequent peptization with this mixture.

Zur Erzeugung der gewünschten Größe der Nanopartikel aus MgTiO2 wird das peptisierte Sol für einen Zeitraum von 12 Stunden bei einer Temperatur von 190–230°C einem hydrothermischen Wachstumsprozess in einem Titan-Autoklaven unterzogen. Anschließend werden die gebildeten Partikel mit Ethanol gewaschen und in Gegenwart eines organischen Tensids mit Hilfe eines Ultraschallhorns aus Titan redispergiert. Nach der Ultraschallbehandlung wird die resultierende Lösung unter Einsatz eines Rotationsverdampfers aufkonzentriert und mit Carbowax® 20000 vermischt oder durch Zugabe von Äthylzellulose oder Terpenalkohol (Terpineol) zu einer für Siebdruck einsetzbaren Paste verarbeitet.To produce the desired size of the nanoparticles of MgTiO 2 , the peptized sol is subjected to a hydrothermal growth process in a titanium autoclave for a period of 12 hours at a temperature of 190-230 ° C. Subsequently, the particles formed are washed with ethanol and redispersed in the presence of an organic surfactant with the aid of an ultrasound horn made of titanium. After sonication, the resulting solution is concentrated using a rotary evaporator and mixed with Carbowax ® 20000 or processed by the addition of ethyl cellulose or terpene alcohol (terpineol) to a usable for screen printing paste.

Das derart gebildete Mischoxid aus MgTiO2, das als Co-Gel mit TiO2 synthetisiert wurde, weist im vorliegenden Beispiel ein Verhältnis von Magnesium und Titan von 1 : 1 auf. 3 zeigt hierzu ein Röntgen spektrum 7 sowie ein korrigiertes Röntgenspektrum 8, in denen die Phasen von MgTiO2 und TiO2 erkennbar sind.The thus formed mixed oxide of MgTiO 2 , which was synthesized as a co-gel with TiO 2 , has in the present example, a ratio of magnesium and titanium of 1: 1. 3 shows an X-ray spectrum 7 and a corrected X-ray spectrum 8th in which the phases of MgTiO 2 and TiO 2 are recognizable.

Grundsätzlich lassen sich mit dem dargestellten Verfahren Halbleitermaterialien herstellen, die aus beliebigen Verhältnissen von Mg(Alkoxid) [oder Ca(Alkoxid)] und Ti(Alkoxid/Chlorid) synthetisiert sein können.Basically leave to produce semiconductor materials with the illustrated method, the from any proportions of Mg (alkoxide) [or Ca (alkoxide)] and Ti (alkoxide / chloride) could be.

11
Glassubstratglass substrate
22
F:SnO2-SchichtF: SnO 2 layer
33
Schicht aus MgTiO2-PartikelnLayer of MgTiO 2 particles
44
Farbstoffdye
55
Platin-BeschichtungPlatinum coating
66
I–/I3–-ElektrolytI - / I3 - electrolyte
77
RöntgenspektrumX-ray spectrum
88th
korrigiertes Röntgenspektrumcorrected X-ray spectrum

Claims (12)

UV-stabilisierendes Halbleitermaterial, insbesondere für Solarzellen, das als Mischoxid aus einem Halbleiteroxid und zumindest einem UV stabilisierenden Element gebildet ist.UV stabilizing semiconductor material, in particular for solar cells, as a mixed oxide of a semiconductor oxide and at least one UV stabilizing element is formed. Halbleitermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das UV-stabilisierende Element ein 2-wertiges Element ist.Semiconductor material according to Claim 1, characterized the UV-stabilizing element is a 2-valent element. Halbleitermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das UV-stabilisierende Element Mg oder Ca ist.Semiconductor material according to Claim 1, characterized the UV-stabilizing element is Mg or Ca. Halbleitermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiteroxid TiO2 ist.Semiconductor material according to one of claims 1 to 3, characterized in that the semiconductor oxide is TiO 2 . Halbleitermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischoxid in nanokristalliner und/oder poröser Form vorliegt.Semiconductor material according to one of claims 1 to 4, characterized in that the mixed oxide in nanocrystalline and / or more porous Form is present. Halbleitermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischoxid als dünner Film vorliegt.Semiconductor material according to one of claims 1 to 5, characterized in that the mixed oxide as a thin film is present. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem Ausgangssubstanzen für das Halbleiteroxid und das UV-stabilisierende Element als Sol miteinander vermischt werden und die Mischung anschließend einer Sol-Gel-Synthese unterzogen wird.Process for producing a semiconductor ma Terials according to any one of claims 1 to 6, wherein the starting materials for the semiconductor oxide and the UV-stabilizing element are mixed together as a sol and the mixture is then subjected to a sol-gel synthesis. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangssubstanz des UV-stabilisierenden Elements ein Alkoxid des Elements eingesetzt wird.Method according to claim 7, characterized in that that as the starting substance of the UV-stabilizing element is an alkoxide of the element is used. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangssubstanz des Halbleiteroxids ein Alkoxid oder Chlorid eingesetzt wird.Method according to claim 7 or 8, characterized that as the starting substance of the semiconductor oxide, an alkoxide or chloride is used. Verwendung eines Halbleitermaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Grundmaterial für die Photoelektrode einer mit Farbstoff sensibilisierten Solarzelle.Use of a semiconductor material according to one the claims 1 to 6 as base material for the Photoelectrode of a dye-sensitized solar cell. Verwendung eines Halbleitermaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Additiv in photooxidativen Materialien.Use of a semiconductor material according to one the claims 1 to 6 as an additive in photooxidative materials. Verwendung eines Halbleitermaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Additiv in Farben.Use of a semiconductor material according to one the claims 1 to 6 as an additive in colors.
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