矿太阳电池厚度1000-1800nm,远小于钛金属片厚度50um，可利用简易装置，在钛片宽度方向上弯曲，形成金属空芯波导太阳能电池。
【主权项】
1.一种金属空芯波导太阳能电池制备方法，其特征在于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、空穴传输层及透光层，其形状为圆管状或圆环状；具体制备过程包括以下步骤: 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； 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； 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，形状为圆管状或圆环状，得到所述结构的金属空芯波导太阳能电池。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤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。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤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。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤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，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 wt%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，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%: 12.5 wt%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，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300-500nm ;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、ISul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，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500-900nm ;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圆环状。5.一种金属空芯波导太阳能电池制作方法，其特征在于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圆环状，得到所述结构的金属空芯波导太阳能电池。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述步骤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。7.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述步骤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。8.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述步骤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CH3NH31:PbCl2=25 wt%: 12.5 wt%溶于2.5mL 二甲基甲酰胺(DMF)混合溶液； 步骤三:在手套箱内利用匀胶机旋涂Spiro-OMeTAD空穴传输层，厚度为300-500nm ;旋涂转速为2000转/分钟，湿度要求维持在30% ； 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； 步骤四:在手套箱内利用匀胶机旋涂PEDOT作为阳极透光层，厚度为500-800nm ;旋涂转速为2000转/分钟，湿度要求维持在30% ;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； 步骤五:对金属钛片底面使用12000目超细砂纸打磨，去除致密二氧化钛层，裸露出钛金属作为阴极； 步骤六:将经制备后的钛金属片在宽度方向卷曲成管状后再弯曲成闭合圆环状。9.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于制备的介孔二氧化钛层、有机钙钛矿层、空穴传输层及透光层的总厚度为1000-1800nm。
【专利摘要】本发明公开了一种金属空芯波导太阳能电池的制备方法，该方法以钛金属毛细管或钛金属片为基底，在钛金属毛细管内表面或钛金属片表面依次制备致密二氧化钛层、介孔二氧化钛层、有机钙钛矿层、空穴传输层及透光电极层，将钛金属片在宽度方向卷曲成管状，形成空芯波导太阳能电池。此外，还可以将管状空芯波导太阳能电池弯曲成圆环状结构。本发明制备的太阳能电池能将入射光线限制在波导结构内多次反射和入射吸收，提高入射光利用率。该电池中钛金属片充当空芯波导的基本高反射结构及电极，还为热氧化制备致密二氧化钛电子传输层带来极大的方便。该太阳能电池可以减轻甚至避免平面太阳能电池长期直接暴露在大气环境中所带来的表面污染问题。
【IPC分类】H01L51/48
【公开号】CN104993061
【申请号】CN201510299776
【发明人】郭洪, 王旭, 敬承斌, 杨平雄, 褚君浩
【申请人】华东师范大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年6月4日