一種金屬空芯波導太陽能電池的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光電子材料和器件制備技術領域，具體地說是一種金屬空芯波導太陽能電池的制備方法。
【背景技術】
[0002]一般的太陽能電池為平面結構，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量。有一種有機鈣鈦礦太陽能電池，據光伏領域最新研宄進展報道，以該新式有機鈣鈦礦為光電轉化材料的太陽能電池的轉化效率理論或可高達50%，是目前市場上硅基類太陽能電池的效率的兩倍，且該結構太陽能電池所使用材料來源廣泛，制作工藝簡單，在太陽能電池領域具有史無前例的優越性。該類有機鈣鈦礦太陽能電池通過鈣鈦礦吸收太陽光，產生空穴電子對，其產生的空穴電子對擴散長度可為lum，同時在光吸收層兩側配以空穴傳輸層，電子傳輸層，電極層，形成太陽能電池結構，該太陽能電池其厚度800-1500nm，且具有一定的空間延展性。
[0003]基于波導結構的有機薄膜太陽能電池已有提出。與傳統的平面太陽能電池不同，現有的波導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構，其結構由里至外依次為實心光纖、陰極(ITO導電玻璃)、空穴傳輸層、光吸收層、電子傳輸層、陽極(Au、Ag、Al)。基于以上結構的波導太陽能電池采用蒸發濺射的方式進行涂覆各層材料，對技術及設備要求高，且彎曲光吸收會破壞具有脆性的ITO導電玻璃層，彎曲光傳輸受到影響。且光在實心光纖內傳輸，實心光纖對光強度具有一定的衰減作用，使進入波導太陽能電池的光一部分消耗在了實心光纖上。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種金屬空芯波導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用價值。
[0005]本發明的目的是這樣實現的:
一種金屬空芯波導太陽能電池制備方法，該太陽能電池結構為:以鈦金屬毛細管為基底，在鈦金屬毛細管內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狀；具體制備過程包括以下步驟:
a.利用化學方法對鈦金屬毛細管內部表面除油，并去除內表面雜質；
b.利用爐式高溫加熱器，在空氣氛圍內對鈦金屬毛細管加熱形成內表面致密二氧化鈦層；
c.利用蠕動泵采用豎直泵入方式，在鈦金屬毛細管內表面依次制備介孔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狀，得到所述結構的金屬空芯波導太陽能電池。
[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管內循環蠕動30分鐘；其中，泵流量為45ml/min，使用無水乙醇溶液為去除內表面雜質及油脂；
步驟二:更換3次溶液，再次進行蠕動泵蠕動去雜質去油脂；其鈦金屬毛細管表面粗糙度保持為0.1-0.2um。
[0007]所述步驟b具體為:
將經步驟a處理的鈦金屬毛細管放入爐式高溫加熱器加熱并退火，在鈦金屬毛細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管豎直放置，以一定的方式比如蠕動泵將與鈦金屬毛細管等體積的介孔二氧化鈦溶液流經鈦毛細管并排干，在內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:再次將鈦金屬毛細管豎直放置，以一定的方式比如蠕動泵將與鈦金屬毛細管等體積的有機鈣鈦礦溶液流經鈦毛細管并排干，在內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:再次將鈦金屬毛細管豎直放置，以一定的方式比如蠕動泵將與鈦金屬毛細管等體積的Spiro-OMeTAD溶液流經鈦毛細管并排干，在內部形成空穴傳輸層，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:再次將鈦金屬毛細管豎直放置，以一定的方式比如蠕動泵將與鈦金屬毛細管等體積的PEDOT溶液流經鈦毛細管并排干，在內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目超細砂紙打磨去掉鈦金屬毛細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:將經制備后的鈦金屬毛細管維持為圓管狀或彎曲成近似閉合圓環狀。
[0009]一種金屬空芯波導太陽能電池制作方法，該太陽能電池結構為: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狀，得到所述結構的金屬空芯波導太陽能電池。
[0010]所述步驟a具體為:
步驟一:使用砂紙為12000目超細砂紙，經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:在手套箱內利用勻膠機旋涂介孔二氧化鈦層，厚度為30-50nm ;勻膠機轉速為3000轉/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:在手套箱內利用勻膠機旋涂有機鈣鈦礦層，厚度為200-300nm ;勻膠機旋涂轉速為3000轉/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；