一种金属空芯波导太阳能电池的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电子材料和器件制备技术领域，具体地说是一种金属空芯波导太阳能电池的制备方法。
【背景技术】
[0002]一般的太阳能电池为平面结构，这要求太阳能电池的安放占用较大的水平面积，限制了其安放的位置及数量。有一种有机钙钛矿太阳能电池，据光伏领域最新研宄进展报道，以该新式有机钙钛矿为光电转化材料的太阳能电池的转化效率理论或可高达50%，是目前市场上硅基类太阳能电池的效率的两倍，且该结构太阳能电池所使用材料来源广泛，制作工艺简单，在太阳能电池领域具有史无前例的优越性。该类有机钙钛矿太阳能电池通过钙钛矿吸收太阳光，产生空穴电子对，其产生的空穴电子对扩散长度可为lum，同时在光吸收层两侧配以空穴传输层，电子传输层，电极层，形成太阳能电池结构，该太阳能电池其厚度800-1500nm，且具有一定的空间延展性。
[0003]基于波导结构的有机薄膜太阳能电池已有提出。与传统的平面太阳能电池不同，现有的波导类太阳能电池以实心光纤为光传输材料，在实心光纤的外部涂覆太阳能电池结构，其结构由里至外依次为实心光纤、阴极(ITO导电玻璃)、空穴传输层、光吸收层、电子传输层、阳极(Au、Ag、Al)。基于以上结构的波导太阳能电池采用蒸发溅射的方式进行涂覆各层材料，对技术及设备要求高，且弯曲光吸收会破坏具有脆性的ITO导电玻璃层，弯曲光传输受到影响。且光在实心光纤内传输，实心光纤对光强度具有一定的衰减作用，使进入波导太阳能电池的光一部分消耗在了实心光纤上。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种金属空芯波导太阳能电池的制备方法，该方法制得的太阳能电池能将太阳光的吸收位置由平面转化为空间，并可提高对太阳能的利用率，促进反射光的二次吸收，改变光的吸收位置，在特性光伏器件中具有潜在的应用价值。
[0005]本发明的目的是这样实现的:
一种金属空芯波导太阳能电池制备方法，该太阳能电池结构为:以钛金属毛细管为基底，在钛金属毛细管内表面生成致密二氧化钛层，依次制备介孔二氧化钛层、有机钙钛矿层、空穴传输层及透光电极层，其形状为管状或近似闭合圆环状；具体制备过程包括以下步骤:
a.利用化学方法对钛金属毛细管内部表面除油，并去除内表面杂质；
b.利用炉式高温加热器，在空气氛围内对钛金属毛细管加热形成内表面致密二氧化钛层；
c.利用蠕动泵采用竖直泵入方式，在钛金属毛细管内表面依次制备介孔T1Jl、有机钙钛矿层、空穴传输层及透光层，并将其弯曲成闭合圆环状，得到所述结构的金属空芯波导太阳能电池。
[0006]所述步骤a具体为:
步骤一:利用蠕动泵将无水乙醇溶液在钛金属毛细管内循环蠕动30分钟；其中，泵流量为45ml/min，使用无水乙醇溶液为去除内表面杂质及油脂；
步骤二:更换3次溶液，再次进行蠕动泵蠕动去杂质去油脂；其钛金属毛细管表面粗糙度保持为0.1-0.2um。
[0007]所述步骤b具体为:
将经步骤a处理的钛金属毛细管放入炉式高温加热器加热并退火，在钛金属毛细管上形成致密二氧化钛薄层，厚度为5-15nm;其中，所述炉式高温加热器加热温度为650°C，时间为30分钟，退火时间为I分钟。
[0008]所述步骤c具体为:
步骤一:将形成致密二氧化钛薄层的钛金属毛细管竖直放置，以一定的方式比如蠕动泵将与钛金属毛细管等体积的介孔二氧化钛溶液流经钛毛细管并排干，在内部形成介孔二氧化钛层，厚度为30-50nm ;其中，蠕动泵流量为10ml/min ;介孔二氧化钛溶液为含5被％介孔二氧化钛的乙醇溶液；
步骤二:将形成介孔二氧化钛层的钛金属毛细管放入炉式高温加热器中进行快速加温并热退火；其中，炉式高温加热器中快速升温至500°C，维持时间为30分钟，退火时间为I分钟；
步骤三:再次将钛金属毛细管竖直放置，以一定的方式比如蠕动泵将与钛金属毛细管等体积的有机钙钛矿溶液流经钛毛细管并排干，在内部形成有机钙钛矿的光吸收层，厚度为200-300nm;其中，泵流量为5ml/min ;有机钙钛矿溶液为CH3NH31:PbCl2=25 wt%: 12.5wt%溶于2.5mL 二甲基甲酰胺(DMF)混合溶液；
步骤四:将形成光吸收层的钛金属毛细管放入炉式高温加热器中快速升温加热并退火；其中，所述快速升温至温度为100-120°C加热，并维持30分钟，退火时间为30秒；步骤五:再次将钛金属毛细管竖直放置，以一定的方式比如蠕动泵将与钛金属毛细管等体积的Spiro-OMeTAD溶液流经钛毛细管并排干，在内部形成空穴传输层，厚度为300-400nm ;其中，泵流量为 15ml/min ；Spiro-OMeTAD 溶液为 70mgSpiro_0MeTAD 固体溶于30ul 4-叔丁基吡啶、18ul双三氟甲烷磺酰亚胺锂、Iml氯苯的混合溶液；
步骤六:将形成空穴传输层的钛金属毛细管放入炉式高温加热器中，温度70°C恒温30分钟；
步骤七:再次将钛金属毛细管竖直放置，以一定的方式比如蠕动泵将与钛金属毛细管等体积的PEDOT溶液流经钛毛细管并排干，在内部形成阳极层即透光层，厚度为500-800nm ;其中，PEDOT溶液为Ig聚(3，4-乙烯二氧噻吩)溶于15ml异丙醇、0.3ml乙醇的混合溶液；
步骤八:将形成阳极即透光层的钛金属毛细管放入炉式高温加热器中温度50°C，恒温30分钟；
步骤九:利用12000目超细砂纸打磨去掉钛金属毛细管外表面的致密二氧化钛薄层，裸露出钛金属作为阴极；
步骤十:将经制备后的钛金属毛细管维持为圆管状或弯曲成近似闭合圆环状。
[0009]一种金属空芯波导太阳能电池制作方法，该太阳能电池结构为:以钛金属片为基底，在钛金属片表面生成致密二氧化钛层，依次制备介孔二氧化钛层、有机钙钛矿层、空穴传输层及透光层，其形状为闭合圆环状；具体制备过程包括以下步骤:
a.通过砂纸打磨钛金属片形成洁净钛金属表面；
b.对打磨后的钛金属片在氧气氛围中快速热退火，形成致密二氧化钛层；
C.利用匀胶机旋涂法在钛金属片表面依次制备介孔T1j1、有机钙钛矿层、空穴传输层及透光电极层，并将其卷曲成管状后弯曲成闭合圆环状，得到所述结构的金属空芯波导太阳能电池。
[0010]所述步骤a具体为:
步骤一:使用砂纸为12000目超细砂纸，经打磨后钛金属片的洁净钛金属表面的粗糙度保持在0.2-0.35um ；
所述步骤b具体为:
步骤一:对抛光后的钛金属片进行RPT退火，形成致密二氧化钛层，厚度为5-15nm ;退火过程:100C 20 秒、200°C 30 秒、650°C 15 分钟、100°C 5 分钟；
步骤二:室温下用塑料镊子取出氧化后钛金属片，避免任何物品接触表面致密二氧化钦层。
[0011]所述步骤c具体为:
步骤一:在手套箱内利用匀胶机旋涂介孔二氧化钛层，厚度为30-50nm ;匀胶机转速为3000转/分钟;RTP退火炉中以100 °C 30秒、200。。30秒、500。。10分钟、100 °C 5分钟退火；介孔二氧化钛溶液为含5 wt%介孔二氧化钛的乙醇溶液；
步骤二:在手套箱内利用匀胶机旋涂有机钙钛矿层，厚度为200-300nm ;匀胶机旋涂转速为3000转/分钟，利用真空干燥恒温箱干燥，温度为100-120°C，温箱时间为30分钟；有机钙钛矿溶液为H3NH31:PbCl2=25 wt%: 12.5 wt%溶于2.5mL 二甲基甲酰胺(DMF)混合溶液；