纳米结构阵列骨架层制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能电池领域，具体是一种钙钛矿太阳电池准一维T12纳米结构阵列骨架层制备方法。
【背景技术】
[0002]利用太阳能进行光伏发电是解决人类面临的能源短缺和环境污染两大问题的可行途径之一。因此，光伏技术得到了各国政府、科技界和产业界的高度重视，光伏技术和光伏产业正在快速发展。目前，较为成熟的硅基太阳电池已经被大规模地生产和推广，广泛地应用于航天、交通、照明等领域。然而，硅基太阳电池的制造工艺复杂、成本高，并且在制造过程中会对环境造成污染。染料敏化太阳电池自1991年由瑞士洛桑联邦理工学院M.GdtzeI教授[Nature，353(1991): 737 - 740]发明以来，以低廉的成本、简单的制备工艺以及相对较高的光电转换效率受到了广泛的关注。近年，在染料敏化太阳电池的研究过程中发展出来的以钙钛矿型有机金属卤化物(如CH3NH3PbI3、CH3NH3PbBr3^)为光吸收材料的钙钛矿太阳电池具有材料易于合成、光电转换效率较高等优点，迅速成为了新型薄膜太阳电池领域的研究热点。目前钙钛矿太阳电池的最高光电转换效率已达20.1%，接近了硅基太阳电池的光电转换效率，具有良好的应用前景，甚至有学者在《自然》杂志发表观点认为钙钛矿太阳电池已经临近商业化应用[Nature, 513(2014): 470 - 470]。
[0003]目前常见的钙钛矿太阳电池主要有两种结构，分别是图1所示的具有介孔骨架层的钙钛矿太阳电池和图2所示的具有平面异质结薄膜结构的钙钛矿太阳电池。介孔骨架层钙钛矿太阳电池从下到上依次叠加着透明基底101、透明导电层102、Ti02致密层103、介孔骨架层104、钙钛矿型有机金属卤化物光吸收层105、空穴传输层106和对电极107。平面异质结薄膜钙钛矿太阳电池与介孔骨架层钙钛矿太阳电池的区别在于取消了介孔骨架层104，钙钛矿型有机金属卤化物光吸收层105与T12致密层103直接接触形成平面异质结薄膜结构。平面异质结薄膜钙钛矿太阳电池结构简单，电池效率较高，但是电池测试会出现明显的滞后现象，实验室中所获得的电池效率并未获得权威机构的认证，且载流子收集效率较低，小于50% ;介孔骨架层钙钛矿太阳电池，因为载流子在钙钛矿型有机金属卤化物材料中有10nm左右的扩散长度，使得其载流子收集效率高达99%以上，目前已获得认证的光电转换效率高达20.1%，相对于平面异质结薄膜钙钛矿太阳电池具有明显优势。
[0004]但是，介孔骨架层钙钛矿太阳电池最常用的骨架层由1102纳米颗粒组成，载流子在吸光层与骨架层的界面以及在骨架层中传输时不可避免的会发生散射和复合，从而降低钙钛矿太阳电池的光电转换效率。采用T12纳米线、纳米棒、纳米管等一维纳米结构阵列薄膜作为骨架层，既可减小载流子复合的几率，保持高的载流子收集效率，又可为载流子提供连续直接的传输路径，提高载流子的传输速度，从而提高钙钛矿太阳电池的光电转换效率。
[0005]常见的用于薄膜太阳电池和钙钛矿太阳电池的准一维T12纳米结构阵列薄膜多是通过水热法在透明导电基底上合成的T12纳米棒阵列。T12纳米棒阵列中纳米棒长度不能精确控制，特别是在薄膜厚度较小(小于I微米)纳米棒较短的情况下，Ti02m米棒的排列杂乱无章，不能形成规整有序的纳米棒阵列。而钙钛矿型有机金属卤化物材料吸光系数很高，钙钛矿太阳电池骨架层的合适厚度为250~500nm，因此传统水热合成方法不能制备出适合用作钙钛矿太阳电池骨架层的T12纳米棒阵列。
[0006]
【发明内容】
本发明的目的是提供一种钙钛矿太阳电池准一维T12纳米结构阵列骨架层制备方法，以解决现有技术存在的问题。
[0007]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
钙钛矿太阳电池准一维1102纳米结构阵列骨架层制备方法，其特征在于:包括以下步骤:
(1)、透明导电基底的刻蚀与清洗:用锌粉和l~6mol/L的盐酸将透明导电基底按照钙钛矿太阳电池结构所需的图样进行刻蚀，随后经超声清洗、氮气吹干后备用；
(2)、T12致密层的制备:将步骤(I)中准备好的透明导电基底覆盖掩膜后置于物理镀膜设备腔内，并固定透明导电基底，采用物理镀膜技术，在透明导电基底上制备T12致密层，并采用膜厚仪将T12致密层的厚度控制在30~80nm ；
(3)、Ti金属薄膜的制备:采用物理镀膜技术，以Ti靶或Ti粉为原料，在步骤(2)制备的T12致密层上沉积Ti金属薄膜，并采用膜厚仪将Ti金属薄膜的厚度控制在250~500nm ；
(4)、反应溶液配制:取50~80mL质量浓度为20%~50%的H2O2溶液，加入辅助氧化物搅拌均匀；
(5)、准一维T12纳米结构阵列的制备:将通过步骤(1)~(3)制备好的依次沉积了T12致密层和Ti金属薄膜的透明导电基底置于步骤(4)配制的反应溶液中，在60~110°C温度下反应48~72小时，随后取出用去离子水冲洗后在氮气流中干燥，再在450~510°C退火30~90分钟，制得适用于钙钛矿太阳电池的准一维打02纳米结构阵列骨架层。
[0008]所述的钙钛矿太阳电池准一维1102纳米结构阵列骨架层制备方法，其特征在于:步骤(I)中采用的透明导电基底为IT0、FT0、AZ0中的任意一种。
[0009]所述的钙钛矿太阳电池准一维1102纳米结构阵列骨架层制备方法，其特征在于:步骤(2)、步骤(3)中采用的物理镀膜技术为磁控溅射技术、真空热蒸发技术、脉冲激光沉积技术中的任意一种，且步骤(2)和步骤(3)采用相同的物理镀膜技术通过一次过程完成制备。
[0010]所述的钙钛矿太阳电池准一维1102纳米结构阵列骨架层制备方法，其特征在于:步骤(3)中，采用磁控溅射技术或脉冲激光沉积技术时，原料为Ti靶，采用真空热蒸发技术时，原料为Ti粉。
[0011]所述的钙钛矿太阳电池准一维1102纳米结构阵列骨架层制备方法，其特征在于:所述步骤(4)中，辅助氧化物为10~30mg三聚氰胺和l~2mL浓硝酸，也可不添加辅助氧化物。
[0012]所述的钙钛矿太阳电池准一维1102纳米结构阵列骨架层制备方法，其特征在于:根据添加的辅助氧化物的不同，所制得的准一维打02纳米结构阵列为T12纳米线阵列、T12纳米棒阵列中的一种。
[0013]本发明的有益效果:
1、本发明实现了钙钛矿太阳电池准一维T12纳米结构阵列骨架层的制备，准一维T12纳米结构阵列骨架层可以减小钙钛矿太阳电池中载流子的复合几率，提高载流子的传输速度，有助于提闻I丐钦矿太阳电池的光电转换效率。
[0014]2、本发明采用物理镀膜技术和H2O2直接氧化方法制备钙钛矿太阳电池准一维T12纳米结构阵列骨架层，方法简单易行，可实现大面积钙钛矿太阳电池的制备。
【附图说明】
[0015]图1为介孔骨架层钙钛矿太阳电池结构示意图。
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