一種金屬空芯波導(dǎo)太陽能電池的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電子材料和器件制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種金屬空芯波導(dǎo)太陽能電池的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一般的太陽能電池為平面結(jié)構(gòu)，這要求太陽能電池的安放占用較大的水平面積，限制了其安放的位置及數(shù)量。有一種有機鈣鈦礦太陽能電池，據(jù)光伏領(lǐng)域最新研宄進展報道，以該新式有機鈣鈦礦為光電轉(zhuǎn)化材料的太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率理論或可高達(dá)50%，是目前市場上硅基類太陽能電池的效率的兩倍，且該結(jié)構(gòu)太陽能電池所使用材料來源廣泛，制作工藝簡單，在太陽能電池領(lǐng)域具有史無前例的優(yōu)越性。該類有機鈣鈦礦太陽能電池通過鈣鈦礦吸收太陽光，產(chǎn)生空穴電子對，其產(chǎn)生的空穴電子對擴散長度可為lum，同時在光吸收層兩側(cè)配以空穴傳輸層，電子傳輸層，電極層，形成太陽能電池結(jié)構(gòu)，該太陽能電池其厚度800-1500nm，且具有一定的空間延展性。
[0003]基于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的有機薄膜太陽能電池已有提出。與傳統(tǒng)的平面太陽能電池不同，現(xiàn)有的波導(dǎo)類太陽能電池以實心光纖為光傳輸材料，在實心光纖的外部涂覆太陽能電池結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)由里至外依次為實心光纖、陰極(ITO導(dǎo)電玻璃)、空穴傳輸層、光吸收層、電子傳輸層、陽極(Au、Ag、Al)。基于以上結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)太陽能電池采用蒸發(fā)濺射的方式進行涂覆各層材料，對技術(shù)及設(shè)備要求高，且彎曲光吸收會破壞具有脆性的ITO導(dǎo)電玻璃層，彎曲光傳輸受到影響。且光在實心光纖內(nèi)傳輸，實心光纖對光強度具有一定的衰減作用，使進入波導(dǎo)太陽能電池的光一部分消耗在了實心光纖上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種金屬空芯波導(dǎo)太陽能電池的制備方法，該方法制得的太陽能電池能將太陽光的吸收位置由平面轉(zhuǎn)化為空間，并可提高對太陽能的利用率，促進反射光的二次吸收，改變光的吸收位置，在特性光伏器件中具有潛在的應(yīng)用價值。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
一種金屬空芯波導(dǎo)太陽能電池制備方法，該太陽能電池結(jié)構(gòu)為:以鈦金屬毛細(xì)管為基底，在鈦金屬毛細(xì)管內(nèi)表面生成致密二氧化鈦層，依次制備介孔二氧化鈦層、有機鈣鈦礦層、空穴傳輸層及透光電極層，其形狀為管狀或近似閉合圓環(huán)狀；具體制備過程包括以下步驟:
a.利用化學(xué)方法對鈦金屬毛細(xì)管內(nèi)部表面除油，并去除內(nèi)表面雜質(zhì)；
b.利用爐式高溫加熱器，在空氣氛圍內(nèi)對鈦金屬毛細(xì)管加熱形成內(nèi)表面致密二氧化鈦層；
c.利用蠕動泵采用豎直泵入方式，在鈦金屬毛細(xì)管內(nèi)表面依次制備介孔T1Jl、有機鈣鈦礦層、空穴傳輸層及透光層，并將其彎曲成閉合圓環(huán)狀，得到所述結(jié)構(gòu)的金屬空芯波導(dǎo)太陽能電池。
[0006]所述步驟a具體為:
步驟一:利用蠕動泵將無水乙醇溶液在鈦金屬毛細(xì)管內(nèi)循環(huán)蠕動30分鐘；其中，泵流量為45ml/min，使用無水乙醇溶液為去除內(nèi)表面雜質(zhì)及油脂；
步驟二:更換3次溶液，再次進行蠕動泵蠕動去雜質(zhì)去油脂；其鈦金屬毛細(xì)管表面粗糙度保持為0.1-0.2um。
[0007]所述步驟b具體為:
將經(jīng)步驟a處理的鈦金屬毛細(xì)管放入爐式高溫加熱器加熱并退火，在鈦金屬毛細(xì)管上形成致密二氧化鈦薄層，厚度為5-15nm;其中，所述爐式高溫加熱器加熱溫度為650°C，時間為30分鐘，退火時間為I分鐘。
[0008]所述步驟c具體為:
步驟一:將形成致密二氧化鈦薄層的鈦金屬毛細(xì)管豎直放置，以一定的方式比如蠕動泵將與鈦金屬毛細(xì)管等體積的介孔二氧化鈦溶液流經(jīng)鈦毛細(xì)管并排干，在內(nèi)部形成介孔二氧化鈦層，厚度為30-50nm ;其中，蠕動泵流量為10ml/min ;介孔二氧化鈦溶液為含5被％介孔二氧化鈦的乙醇溶液；
步驟二:將形成介孔二氧化鈦層的鈦金屬毛細(xì)管放入爐式高溫加熱器中進行快速加溫并熱退火；其中，爐式高溫加熱器中快速升溫至500°C，維持時間為30分鐘，退火時間為I分鐘；
步驟三:再次將鈦金屬毛細(xì)管豎直放置，以一定的方式比如蠕動泵將與鈦金屬毛細(xì)管等體積的有機鈣鈦礦溶液流經(jīng)鈦毛細(xì)管并排干，在內(nèi)部形成有機鈣鈦礦的光吸收層，厚度為200-300nm;其中，泵流量為5ml/min ;有機鈣鈦礦溶液為CH3NH31:PbCl2=25 wt%: 12.5wt%溶于2.5mL 二甲基甲酰胺(DMF)混合溶液；
步驟四:將形成光吸收層的鈦金屬毛細(xì)管放入爐式高溫加熱器中快速升溫加熱并退火；其中，所述快速升溫至溫度為100-120°C加熱，并維持30分鐘，退火時間為30秒；步驟五:再次將鈦金屬毛細(xì)管豎直放置，以一定的方式比如蠕動泵將與鈦金屬毛細(xì)管等體積的Spiro-OMeTAD溶液流經(jīng)鈦毛細(xì)管并排干，在內(nèi)部形成空穴傳輸層，厚度為300-400nm ;其中，泵流量為 15ml/min ；Spiro-OMeTAD 溶液為 70mgSpiro_0MeTAD 固體溶于30ul 4-叔丁基吡啶、18ul雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、Iml氯苯的混合溶液；
步驟六:將形成空穴傳輸層的鈦金屬毛細(xì)管放入爐式高溫加熱器中，溫度70°C恒溫30分鐘；
步驟七:再次將鈦金屬毛細(xì)管豎直放置，以一定的方式比如蠕動泵將與鈦金屬毛細(xì)管等體積的PEDOT溶液流經(jīng)鈦毛細(xì)管并排干，在內(nèi)部形成陽極層即透光層，厚度為500-800nm ;其中，PEDOT溶液為Ig聚(3，4-乙烯二氧噻吩)溶于15ml異丙醇、0.3ml乙醇的混合溶液；
步驟八:將形成陽極即透光層的鈦金屬毛細(xì)管放入爐式高溫加熱器中溫度50°C，恒溫30分鐘；
步驟九:利用12000目超細(xì)砂紙打磨去掉鈦金屬毛細(xì)管外表面的致密二氧化鈦薄層，裸露出鈦金屬作為陰極；
步驟十:將經(jīng)制備后的鈦金屬毛細(xì)管維持為圓管狀或彎曲成近似閉合圓環(huán)狀。
[0009]一種金屬空芯波導(dǎo)太陽能電池制作方法，該太陽能電池結(jié)構(gòu)為:以鈦金屬片為基底，在鈦金屬片表面生成致密二氧化鈦層，依次制備介孔二氧化鈦層、有機鈣鈦礦層、空穴傳輸層及透光層，其形狀為閉合圓環(huán)狀；具體制備過程包括以下步驟:
a.通過砂紙打磨鈦金屬片形成潔凈鈦金屬表面；
b.對打磨后的鈦金屬片在氧氣氛圍中快速熱退火，形成致密二氧化鈦層；
C.利用勻膠機旋涂法在鈦金屬片表面依次制備介孔T1j1、有機鈣鈦礦層、空穴傳輸層及透光電極層，并將其卷曲成管狀后彎曲成閉合圓環(huán)狀，得到所述結(jié)構(gòu)的金屬空芯波導(dǎo)太陽能電池。
[0010]所述步驟a具體為:
步驟一:使用砂紙為12000目超細(xì)砂紙，經(jīng)打磨后鈦金屬片的潔凈鈦金屬表面的粗糙度保持在0.2-0.35um ；
所述步驟b具體為:
步驟一:對拋光后的鈦金屬片進行RPT退火，形成致密二氧化鈦層，厚度為5-15nm ;退火過程:100C 20 秒、200°C 30 秒、650°C 15 分鐘、100°C 5 分鐘；
步驟二:室溫下用塑料鑷子取出氧化后鈦金屬片，避免任何物品接觸表面致密二氧化欽層。
[0011]所述步驟c具體為:
步驟一:在手套箱內(nèi)利用勻膠機旋涂介孔二氧化鈦層，厚度為30-50nm ;勻膠機轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分鐘;RTP退火爐中以100 °C 30秒、200。。30秒、500。。10分鐘、100 °C 5分鐘退火；介孔二氧化鈦溶液為含5 wt%介孔二氧化鈦的乙醇溶液；
步驟二:在手套箱內(nèi)利用勻膠機旋涂有機鈣鈦礦層，厚度為200-300nm ;勻膠機旋涂轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分鐘，利用真空干燥恒溫箱干燥，溫度為100-120°C，溫箱時間為30分鐘；有機鈣鈦礦溶液為H3NH31:PbCl2=25 wt%: 12.5 wt%溶于2.5mL 二甲基甲酰胺(DMF)混合溶液；