納米鏈太陽能電池的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及太陽能電池技術領域，特別是涉及一種納米鏈太陽能電池的制備方法。
【背景技術】
[0002]能源危機是當前世界各國面臨的重大難題，開發可再生能源是緩解該問題的有效途徑。在眾多可再生能源中，太陽能因其具有資源豐富、分布廣泛、清潔干凈等優點而備受青睞。光伏發電是開發太陽能的一種主要形式，其原理是利用光生伏特效應制成光伏電池，將太陽的光能轉換成電能。光伏電池主要分為硅、銅銦砸、砷化鎵、碲化鎘以及聚合物光伏電池等。現有工業生產的薄膜太陽能電池存在轉換效率低、穩定性差、生產成本比較高等缺點。要想改變以上缺點，可以通過提高薄膜的制備工藝和技術參數，或者提高光的利用效率。第一種方法面臨研發周期長、成本高、技術困難等問題，因此，提高光的利用效率是提高轉換效率的重要手段，顯得十分必要。要想提高太陽光的利用率，可以通過提高薄膜對太陽光的吸收率，而增加薄膜的厚度可以做到這點。但是，薄膜厚度越厚，勢必會降低太陽能電池的穩定性，同時也會增加光生載流子的復合率，降低轉換效率。由于納米線(納米鏈)具有一系列薄膜所不具備的性質，例如其具有對光高的吸收率、低的復合率，此外在納米線(納米鏈)的一端具有較強的電場(類似于針尖附近的電場)，因此對光生載流子具有較高的搜集效率。因此制備出高質量的、具備特定的織構、較低的缺陷、較高的純度(高的主相比例)的納米線(納米鏈)是提高太陽能電池光電轉換效率的有效手段。因此，如何制備出具有特定織構、高純度的太陽能電池納米線(納米鏈)就顯得十分必要。
[0003]目前納米線及其制備方法的不足之處:
[0004]目前制備納米線的方法主要包水熱法，電化學法，溶膠-凝膠法，直接沉淀法，氣相沉積法。不管哪種方法，都很難獲得具有特定取向的納米線，而且制備過程比較復雜。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種具有特定取向的納米鏈太陽能電池的制備方法。
[0006]本發明的目的是這樣實現的
[0007]—種納米鏈太陽能電池的制備方法，該方法按以下步驟進行:
[0008]步驟I)制備電極
[0009]取耐高溫材料制成的基片，以及用于覆蓋基片的圍壁，所述圍壁包括側壁、頂壁，所述圍壁的燃燒/分解溫度低于鐵電材料的燃燒/分解溫度，在基片的上端面制備下電極，在頂壁的下表面制備上電極；
[0010]步驟2)制備容器
[0011]將圍壁固定在基片上，得到密封結構的容器；
[0012]步驟3)制備磁電性液體
[0013]取核殼結構納米微粒、親油性表面活性劑、油性基液，所述核殼結構納米微粒的核心為磁性微粒，核殼結構納米微粒的包殼為鐵電性微粒，將核殼結構納米微粒、親油性表面活性劑、油性基液均勻混合，得到磁電性液體，將磁電性液體加入容器中；
[0014]步驟4)制備納米鏈太陽能電池
[0015]對容器施加磁場，得到沿著磁場方向的鐵電納米鏈，施加磁場的同時烘烤容器，烘干油性基液、親油性表面活性劑之后煅燒容器，至少燃燒/分解掉容器的圍壁頂壁后，得到納米鏈太陽能電池。
[0016]為了在光照時能夠得到較大的光電流，優選地，所述容器的厚度既小于容器長度的1/5，又小于容器寬度的1/5，形成片狀結構的容器。
[0017]為了在較低的溫度下燃燒掉圍壁，優選地，所述圍壁的材料采用塑料。
[0018]為了便利地將圍壁固定在基片上，優選地，步驟2)中，所述圍壁粘接固定在基片上。
[0019]為了保證基液在烘烤時不會燃燒，優選地，步驟3)中，所述油性基液為硅油、十二烷基苯、聚丁烯油中的至少一種。
[0020]為了保證表面活性劑的親油性能，優選地，步驟3)中，所述親油性表面活性劑為油酸。
[0021]為了將核殼結構納米微粒、親油性表面活性劑、油性基液均勻混合，優選地，步驟3)中，核殼結構納米微粒、親油性表面活性劑、油性基液的混合方法為:首先，將核殼結構納米微粒與親油性表面活性劑均勻混合，然后，將核殼結構納米微粒、親油性表面活性劑的混合物加入油性基液中，然后，將核殼結構納米微粒、親油性表面活性劑、油性基液的混合物裝進密封瓶內，最后，將密封瓶放在搖床上進行搖動，使核殼結構納米微粒均勻的分散到油性基液中。
[0022]為了將磁電性液體加入容器中，優選地，步驟3)中，所述磁電性液體用注射器注入容器中。
[0023]為了得到豎直方向的鐵電納米鏈，優選地，步驟4)中，沿豎直方向施加磁場，得到豎直方向的鐵電納米鏈。
[0024]為了方便燒蝕掉圍壁，優選地，步驟4)中，烘干油性基液、親油性表面活性劑之后去掉磁場，然后煅燒容器。
[0025]由于采用了上述技術方案，本發明具有如下有益效果:
[0026]1、制備方法簡單，只需要將具有鐵電性的微粒分散在一定的基液里面，形成鐵電性液體。對鐵電液體施加磁場使得鐵電微粒形成鏈狀。
[0027]2、在磁場作用下，具有鐵電性的微粒能夠發生轉動，而且由于在液體中，所以磁場會比較小，由于布朗運動，在磁場下的轉向更容易。在固體中需要施加相對較大的電場才能讓改變極化方向，電場太大容易造成樣品被擊穿。
[0028]3、通過改變磁場的大小、方向、梯度大小，就可以很容易的調控鐵電納米鏈的長短粗細。
[0029]4、磁場是非接觸的場，具有遠程控制的能力，可以使得儀器小型化。集成化。不需要電源，節省能量。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發明實施例步驟2)的示意圖；
[0031]圖2為本發明實施例步驟3)第3步的示意圖；
[0032]圖3為本發明實施例步驟4)第I步的示意圖；
[0033]圖4為本發明實施例步驟4)第2步的示意圖；
[0034]圖5為BTO粉末的透射電鏡圖；
[0035]圖6為光照-不光照下電池結構的1-V曲線。
[0036]附圖中，I為下電極，2為圍壁，3為核殼結構納米微粒，4為基液，5為鐵電納米鏈，6為上電極。
【具體實施方式】
[0037]實施例
[0038]步驟I)制備電極
[0039]以脈沖激光沉積法為例，也可以是其它方法，例如磁控濺射、溶膠-凝膠法等。以La0.7Sr0.3Μη03作為下電極為例，也可以采用其它材料，例如導電氧化物ΙΤ0，La 0.5Sr0.50)03等或者金屬，Au，Pt，Ag等。首先在SrT13基片(當然也可以是其它類型的基片，硅片、玻璃等)分別在丙酮、酒精中用超聲波進行清洗，晾干；用砂紙將基片臺進行打磨，并清洗干凈，將晾干的基片用導熱銀膠粘在基片臺上，然后根據所需要電極的形狀、大小、個數用相應的掩膜版擋住基片。晾干后放入腔體中加熱臺上，開始抽真空。待氣壓抽到10 4Pa時，開始加熱基片臺。注意應緩慢加熱，一般加熱到700°C需要90分鐘左右。達到目標溫度后，用擋板將基片擋住，并通入所需氣體到一定壓強。設定激光的能量和頻率參數，進行預濺射以去掉Laa7Sra3MnO3薄膜(這里以Laa7Sra3MnO3:簡寫為LSMO為例作為測量光伏效應的下電極，也可以選擇其他導電薄膜)表面的污物，使薄膜露出新鮮的表面，預濺射時間一般為2?5分鐘；預濺射過程中，調整激光光路、靶距等參數，以使羽輝末端與基片臺相切。轉動基片臺及薄膜，并使激光在X、Y方向來回掃描；待溫度、氣壓穩定之后，移開擋板，進行沉積。根據所需的薄膜厚度選擇合適的沉積時間，沉積結束之后，按照需要充入一定的氣體并緩慢降溫。
[0040]取用于覆蓋基片的圍壁，所述圍壁包括側壁、頂壁，所述圍壁的燃燒/分解溫度低于鐵電材料的燃燒/分解溫度，圍壁的材料采用有機物薄片(或者其它材料做的薄膜，此材料必須分解溫度較低，低于鐵電材料，最好控制在500度以下)，本實施例中圍壁采用塑料片制成，在頂壁的下表面制備上電極。上電極可以通過在表面平整的頂壁上噴金、噴銀等金屬，或者用勻膠機旋涂上金、銀等金屬制備，或者用其他的方法制備上電極也可以。在實際制備過程中，可以根據需要制備任意形狀、任意尺寸、任意個數的上電極。
[0041]步驟2)制備容器
[0042]如圖1所示，將圍壁通過AB膠、502膠水等，從四周和頂部覆蓋粘接到基片上，得到薄片狀容器，容器的長和寬都遠大于厚。其目的是為了構成“薄片狀”。如果容器太厚的話，容器的體積就會比較大，其中裝的磁電性液體就會比較多，最后得到的鐵電納米鏈的厚度就比較厚。鐵電材料的厚度越厚，光不能完全穿透，得到的光生載流子就比較少。另外，鐵電層太厚的話，光生載流子復合的就越多，所得到的光生電流就很小。例如長和寬都為lcm，厚度為1_。容器也可以通過其它方法加工。
[0043]步驟3)制備磁電性液體
[0044]第I步:CF0-BT0磁-電核殼結構磁性微粒的制備:
[0045]制備具有強磁性的鉆鐵氧體(CFO)納米微粒:
[0046]例如，將FeCl3.6H20 (0.04mol, 10mL)與 Co (NO3) 2.6H20 (0.02mol, 10mL)混合，加入Na0H(0.35mol，500mL)，然后將混