CN104112602A - 一种反蛋白石复合结构太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能电池制造领域，针对现有叠层太阳能电池为简单薄膜叠层，两种物质接触面积小，对光的利用率较低的问题，提供了一种反蛋白石复合结构太阳能电池的制备方法。该方法首先在基片上自组装制备胶体晶体，将生长有胶体晶体的基片作为工作电极，再利用溶胶凝胶法向微球间隙中填充二氧化钛半导体，去除模板得到三维有序大孔二氧化钛薄膜材料，以三维大孔二氧化钛薄膜为工作电极，用电化学沉积的方法向三维大孔间隙中填充氧化亚铜半导体，得到反蛋白石复合结构太阳能电池。该产品通过利用光子晶体的光子带隙特征，三维有序结构的散射特性改变光子态分布，增加两种材料的接触面积这三种方式，极大提高了叠层太阳能电池对光的利用率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池制造领域，具体涉及一种反蛋白石复合结构太阳能电池的制备方法。
背景技术
随着能源问题的日益严峻，人们对太阳能的研究也日益迫切和深入。太阳能电池是太阳能进行光电转换最直接的形式，受到人们的热捧。目前太阳能电池的种类已从硅系列的单晶硅、多晶硅、非晶硅以及薄膜硅电池，扩展到Ⅲ-V族半导体(如GaAs、InP等)形成的单结、多结太阳能电池，以及近年来兴起的染料敏化、量子点敏化太阳能电池等，太阳能电池结构和种类的变化主要是为了寻求成本更低、稳定性更好、性价比更高的电池。作为廉价稳定的氧化物材料，氧化亚铜具有原料丰富、无毒、成本低的特点，禁带宽度为1.2～1.5eV，接近太阳光谱，因其电池的理论光电转换效率高达20％而受到广泛关注，TiO2具有较好热稳定性和光化学稳定性、禁带较宽，是太阳能电池的理想材料。
叠层太阳能电池与单结太阳能电池相比，具有转换效率高的优势，但是现有叠层太阳能电池的主要使用简单的薄膜进行叠层，两种物质接触面积小，对光的利用率较低，无法充分的体现叠层太阳能电池的优势。
而利用胶体晶体模板法制备三维有序大孔材料，由于制备胶体晶体模板的微球易于进行化学改性，因此孔壁可控，孔形多样，这使得三维有序大孔材料结构和功能上的诸多优点成为近年来的一个研究热点。三维有序大孔结构具有周期有序性，当材料孔径与可见光波长相当时，三维有序大孔材料还具有光子带隙特性，可以增加太阳能电池的光学吸收，从而提高太阳能电池的效率。通过改变制备胶体晶体模板的微球的粒径，能够制备出不同孔径的三维有序大孔材料，对其光子禁带进行调控。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有叠层太阳能电池对光的利用率较低的缺陷，提供一种反蛋白石复合结构太阳能电池的制备方法。其方法的基本思路是，首先在基片上自组装制备胶体晶体，将生长有胶体晶体的基片作为工作电极，再利用溶胶凝胶法向微球间隙中填充二氧化钛半导体，去除模板得到三维有序大孔二氧化钛薄膜材料，以三维大孔二氧化钛薄膜为工作电极，用电化学沉积的方法向三维大孔间隙中填充氧化亚铜半导体，得到对光的利用率较高的反蛋白石复合结构太阳能电池。
为实现以上目的，本发明的技术方案是：
一种反蛋白石复合结构太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
1、清洁导电基片
导电基片用蒸馏水超声10～20分钟，清洗掉浮尘，再用丙酮擦洗，接着用甲醇或无水乙醇超声10～20分钟，然后在超纯水中超声清洗10～20分钟，最后在氮气流中烘干；
其中，所述的导电基片为硅片、铜片、镍片或镍铬合金；
2、胶体晶体模板的制备
将胶体微球粒子和溶剂装入平底容器中，配制质量分数为0.01％-3％、粒径大小分布为100nm-1000nm、单分散性能好、粒径偏差<5％的胶体微球乳液；再将经清洗的导电基片以与液面呈60-90°的角度，更优为呈60-75°的角度浸入胶体微球乳液中，然后将平底容器于温度为50-65℃的恒温箱中放置24-72小时，保持恒温箱内相对湿度为60％-80％，待溶剂完全挥发后，即在基片表面得到呈面心立方的自组装胶体晶体模板；
其中，所述的胶体微球为二氧化硅、聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯微球，较优的胶体微球为聚苯乙烯微球；
所述溶剂为超纯水和无水乙醇中的一种或者两种的混合物；超纯水与无水乙醇混合物中，超纯水与无水乙醇的体积比为(1～99)：(99～1)；
3、固化胶体晶体模板
将上述制得的胶体晶体模板加热固化；
其中，由二氧化硅微球制备的模板固化温度为100～200℃，固化时间为20～40min；由聚苯乙烯微球或聚甲基丙烯酸甲酯微球制备的模板固化温度为80～90℃，固化时间为10～20min；
4、填充二氧化钛
A、配置二氧化钛溶胶：
配制溶液1：将钛酸丁酯与无水乙醇按体积比(3-5)：(10-25)混合，搅拌15～20min；
配制溶液2：将超纯水：无水乙醇：37wt％浓盐酸按体积比(0.1-1):(10-25):(0.01-0.1)混合，搅拌15～20min；或者，将无水乙醇与37wt％浓盐酸按体积比(20-25):0.04混合，搅拌15～20min；
将溶液2加入溶液1中制备成二氧化钛溶胶，所述溶液1和溶液2的体积比为1:1；
B、将胶体晶体模板浸入二氧化钛溶胶中浸渍2～5s后提拉上来，反复提拉3～6次，使二氧化钛溶胶充分填充入胶体微球的间隙；
C、将填充二氧化钛的模板用四氢呋喃、甲苯或氢氟酸浸泡2～18h去除模板，或者通过400-500℃煅烧6-10h去除模板，得到三维有序大孔二氧化钛光子晶体，即二氧化钛反蛋白石结构；
5、填充氧化亚铜
采用步骤4得到的二氧化钛反蛋白石结构为工作电极，铂片作为对电极，Ag/AgCl2作为参比电极，电解液组成为0.25-0.5mol/LCuSO4·5H2O，3-4mol/L乳酸，pH＝9，在还原电位为-0.25v～-0.45v，温度为50～60℃下，进行恒电位沉积氧化亚铜10-90min，得到反蛋白石复合结构TiO2/Cu2O太阳能电池。
本发明的优点为：
1、在制备方法上利用光子晶体的光子带隙特征，提高太阳能电池对光的利用率；通过三维有序结构的散射特性，提高光程，从而提高光子的吸收效率；通过三维有序结构改变光子态分布，进一步提高光子的吸收效率；通过提高光子的吸收效率，降低吸收层厚度，从而缩短载流子运动到电极的距离，降低载流子被缺陷俘获的几率，提高载流子的收集效率；增加组成太阳能电池两种材料的接触面积，提高激子分离成电子-空穴的效率，从而增大电流。
2、本方法通过电沉积的方式，将氧化亚铜附着在三维二氧化钛光子晶体的表面，充分体现叠层太阳能电池的优势。
3、本方法操作简便，适用性广。
附图说明
图1是反蛋白石复合结构太阳能电池制备方法的流程示意图。
图2是实施例1中得到的自组装胶体晶体模板的表面形貌照片。
图3是实施例1中得到反蛋白石复合结构的太阳能电池表面形貌照片。
图4是实施例1中制备得到的氧化亚铜XRD衍射图。
图5是实施例1中得到的反蛋白石复合结构太阳能电池的反射光谱图。
具体实施方式
以下实施例中所使用的硅片、铜片、镍片或镍铬合金，纯度≥99.9％；
二氧化硅、聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯微球均购自北京博研科创生物技术有限公司和南京捷纳思新材料有限公司；其他试剂均为市购；
电子显微镜：采用美国QUANTA200F场发射扫描电子显微镜观察胶体晶体的表面形貌以及3DOM TiO2/Cu2O反蛋白石复合结构；
X-射线衍射仪：飞利浦X-射线衍射仪(X-ray Diffraction)；
光谱仪：海洋光学Maya2000Pro光谱仪。
实施例1
一、胶体晶体模板的制备
将硅片用蒸馏水超声10分钟，清洗掉浮尘，再用丙酮擦洗，接着用无水乙醇超声10分钟，然后在超纯水中超声清洗10分钟，最后在氮气流中烘干；将聚苯乙烯胶体微球粒子和超纯水装入平底试管中，配制成质量浓度为0.01％、微球粒径大小分布为100nm-1000nm、单分散性能好、粒径偏差<5％的聚苯乙烯微球乳液，将清洗后的硅片浸入聚苯乙烯微球乳液中，硅片的浸入角度为与乳液液面呈60°角，然后将平底试管置于温度为65℃的恒温箱中24小时，保持恒温箱内相对湿度为60％-65％，待溶剂完全挥发后，得到如图2所示的自组装胶体晶体模板；
二、制备二氧化钛反蛋白石
1、配制二氧化钛溶胶
A溶液：2.43ml钛酸丁酯和8.08ml无水乙醇混合搅拌15～20min；
B溶液：0.5ml超纯水+10ml无水乙醇+0.01ml37wt％浓盐酸搅拌15～20min；
将B溶液逐滴加入A溶液中制备成二氧化钛溶胶；
2、将模板浸入上述二氧化钛溶胶中3s后提拉上来，反复提拉6次，使得二氧化钛溶胶充分填充满胶体微球的间隙；
3、用四氢呋喃浸泡填充二氧化钛的模板2h，除去模板，得到二氧化钛反蛋白石结构；
三、填充氧化亚铜
将二氧化钛反蛋白石结构作为工作电极，铂片作为对电极，Ag/AgCl2作为参比电极，用电化学沉积的方法向反蛋白石间隙中电沉积氧化亚铜，电解液的配置如下：0.25mol/L CuSO4·5H2O，3mol/L乳酸，pH＝9，温度T＝60℃，沉积电位U＝-0.45V，沉积时间t＝20min；制得如图3所示的氧化亚铜电沉积在二氧化钛壁上的反蛋白石复合结构TiO2/Cu2O太阳能电池。
通过X-射线衍射和光谱分析，氧化亚铜XRD衍射图见图4，反蛋白石复合结构TiO2/Cu2O太阳能电池的反射光谱图见图5。
本实施方式的制备方法流程示意图如附图1所示，步骤一得到的胶体晶体模板如图中“I”所示，得到的胶体晶体模板为面心立方结构；步骤二制备得到填充二氧化钛的胶体晶体模板，如图1中“Ⅱ”所示；然后制得的具有反蛋白石结构的三维二氧化钛光子晶体，如图1中“Ⅲ”所示；步骤三制得的反蛋白石复合结构TiO2/Cu2O太阳能电池，如图1中“Ⅳ”所示。
实施例2
一、胶体晶体模板的制备
将铜片用蒸馏水超声20分钟，清洗掉浮尘，再用丙酮擦洗，接着用无水乙醇超声20分钟，然后在超纯水中超声清洗20分钟，最后在氮气流中烘干；将聚苯乙烯胶体微球粒子和超纯水装入平底试管中，配制成质量浓度为3％、微球粒径大小分布为100nm-900nm、单分散性能好、粒径偏差<3％的聚苯乙烯微球乳液，将清洗后的铜片浸入聚苯乙烯微球乳液中，铜片的浸入角度为与乳液液面呈75°角，然后将平底试管置于温度为55℃的恒温箱中72小时，保持恒温箱内相对湿度为75％-80％，待溶剂完全挥发后，得到自组装胶体晶体模板；
二、固化胶体晶体模板
将上述制得的胶体晶体模板加热固化，固化温度为90℃，固化时间为10min；
三、制备二氧化钛反蛋白石
1、配制二氧化钛溶胶
A溶液：4.35ml钛酸丁酯和21.75ml无水乙醇混合搅拌15～20min；
B溶液：1ml超纯水+25ml无水乙醇+0.1ml37wt％浓盐酸搅拌15～20min；
将B溶液逐滴加入A溶液中制备成二氧化钛溶胶；
2、将固化后的模板浸入上述二氧化钛溶胶中2s后提拉上来，反复提拉6次，使得二氧化钛溶胶填充满胶体微球的间隙；
3、在500℃煅烧6h，除去模板，得到二氧化钛反蛋白石结构；
四、填充氧化亚铜
将二氧化钛反蛋白石结构作为工作电极，铂片作为对电极，Ag/AgCl2作为参比电极，用电化学沉积的方法向反蛋白石间隙中电沉积氧化亚铜，电解液的配置如下：0.4mol/L CuSO4·5H2O，3mol/L乳酸，pH＝9；温度T＝50℃，沉积电位U＝-0.35V，沉积时间t＝10min；制得反蛋白石复合结构TiO2/Cu2O太阳能电池。
实施例3
一、胶体晶体模板的制备
将镍片用蒸馏水超声15分钟，清洗掉浮尘，再用丙酮擦洗，接着用甲醇超声15分钟，然后在超纯水中超声清洗15分钟，最后在氮气流中烘干；将聚苯乙烯胶体微球粒子和体积浓度1％的乙醇水溶液装入平底烧杯中，配制成质量浓度为0.5％、微球粒径大小分布为100nm-1000nm、单分散性能好、粒径偏差<3％的聚苯乙烯微球乳液，将清洗后的镍片浸入聚苯乙烯微球乳液中，镍片的浸入角度为与乳液液面呈80°角，然后将平底烧杯置于温度为50℃的恒温箱中48小时，保持恒温箱内相对湿度为70％-75％，待溶剂完全挥发后，得到自组装胶体晶体模板；
二、制备二氧化钛反蛋白石
1、配制二氧化钛溶胶
A溶液：3.48ml钛酸丁酯和17.37ml无水乙醇混合搅拌15～20min；
B溶液：0.8ml超纯水+20ml无水乙醇+0.05ml37wt％浓盐酸搅拌15～20min；
将B溶液逐滴加入A溶液中制备成二氧化钛溶胶；
2、将模板浸入上述二氧化钛溶胶中4s后提拉上来，反复提拉5次，使得二氧化钛溶胶填充满胶体微球的间隙；
3、用甲苯浸泡填充二氧化钛的模板6h，除去模板，得到二氧化钛反蛋白石结构；
三、填充氧化亚铜
将二氧化钛反蛋白石结构作为工作电极，铂片作为对电极，Ag/AgCl2作为参比电极，用电化学沉积的方法向反蛋白石间隙中电沉积氧化亚铜，电解液的配置如下：0.35mol/LCuSO4·5H2O，3.5mol/L乳酸，pH＝9；温度T＝55℃，沉积电位U＝-0.4V，沉积时间t＝90min；制得反蛋白石复合结构TiO2/Cu2O太阳能电池。
实施例4
一、胶体晶体模板的制备
将镍铬合金片用蒸馏水超声20分钟，清洗掉浮尘，再用丙酮擦洗，接着用甲醇超声20分钟，然后在超纯水中超声清洗20分钟，最后在氮气流中烘干；将二氧化硅胶体微球粒子和体积浓度99％的乙醇水溶液装入平底试管中，配制成质量浓度为3％、微球粒径大小分布为100nm-800nm、单分散性能好、粒径偏差<4％的二氧化硅微球乳液，将清洗后的镍铬合金片浸入二氧化硅微球乳液中，镍铬合金片的浸入角度为与乳液液面呈60°角，然后将平底试管置于温度为65℃的恒温箱中24小时，保持恒温箱内相对湿度为60％-65％，待溶剂完全挥发后，得到自组装胶体晶体模板；
二、固化胶体晶体模板
将上述制得的胶体晶体模板加热固化，固化温度为100℃，固化时间为40min；
三、制备二氧化钛反蛋白石
1、配制二氧化钛溶胶
A溶液：4.35ml钛酸丁酯和21.75ml无水乙醇混合搅拌15～20min；
B溶液：1ml超纯水+25ml无水乙醇+0.1ml37wt％浓盐酸搅拌15～20min；
将B溶液逐滴加入A溶液中制备成二氧化钛溶胶；
2、将模板浸入上述二氧化钛溶胶中4s后提拉上来，反复提拉4次，使得二氧化钛溶胶填充满胶体微球的间隙；
3、在氢氟酸中浸泡4小时，除去模板，得到二氧化钛反蛋白石结构；
四、填充氧化亚铜
将二氧化钛反蛋白石结构作为工作电极，铂片作为对电极，Ag/AgCl2作为参比电极，用电化学沉积的方法向反蛋白石间隙中电沉积氧化亚铜，电解液的配置如下：0.4mol/LCuSO4·5H2O，3.5mol/L乳酸，pH＝9；温度T＝60℃，沉积电位U＝-0.35V，沉积时间t＝80min；制得反蛋白石复合结构TiO2/Cu2O太阳能电池。
实施例5
一、胶体晶体模板的制备
将铜片用蒸馏水超声20分钟，清洗掉浮尘，再用丙酮擦洗，接着用无水乙醇超声20分钟，然后在超纯水中超声清洗20分钟，最后在氮气流中烘干；将聚苯乙烯胶体微球粒子和超纯水溶液装入平底容器中，配制成质量浓度为1.5％、微球粒径大小分布为100nm-1000nm、单分散性能好、粒径偏差<5％的聚苯乙烯微球乳液，将清洗后的铜片浸入聚苯乙烯微球乳液中，铜片的浸入角度为与乳液液面呈90°角，然后将平底试管置于温度为60℃的恒温箱中60小时，保持恒温箱内相对湿度为65％-70％，待溶剂完全挥发后，得到自组装胶体晶体模板；
二、固化胶体晶体模板
将上述制得的胶体晶体模板加热固化，固化温度为80℃，固化时间为20min；
三、制备二氧化钛反蛋白石
1、配制二氧化钛溶胶
A溶液：4.35ml钛酸丁酯和21.75ml无水乙醇混合搅拌15～20min；
B溶液：1ml超纯水+25ml无水乙醇+0.1ml37wt％浓盐酸搅拌15～20min；
将B溶液逐滴加入A溶液中制备成二氧化钛溶胶；
2、将固化后的模板浸入上述二氧化钛溶胶中3s后提拉上来，反复提拉6次，使得二氧化钛溶胶填充满胶体微球的间隙；
3、用四氢呋喃浸泡填充二氧化钛的模板8h，除去模板，得到二氧化钛反蛋白石结构；
四、填充氧化亚铜
将二氧化钛反蛋白石结构作为工作电极，铂片作为对电极，Ag/AgCl2作为参比电极，用电化学沉积的方法向反蛋白石间隙中电沉积氧化亚铜，电解液的配置如下：0.4mol/L CuSO4·5H2O，3mol/L乳酸，pH＝9；温度T＝50℃，沉积电位U＝-0.35V，沉积时间t＝10min；制得反蛋白石复合结构TiO2/Cu2O太阳能电池。
实施例6
一、胶体晶体模板的制备
将硅片用蒸馏水超声10分钟，清洗掉浮尘，再用丙酮擦洗，接着用无水乙醇超声15分钟，然后在超纯水中超声清洗15分钟，最后在氮气流中烘干；将聚甲基丙烯酸甲酯胶体微球粒子和超纯水装入平底容器中，配制成质量浓度为2.5％、微球粒径大小分布为100nm-1000nm、单分散性能好、粒径偏差<5％的聚甲基丙烯酸甲酯微球乳液；再将清洗后的硅片浸入聚甲基丙烯酸甲酯微球乳液中，硅片的浸入角度为与乳液液面呈60°角，然后将平底试管置于温度为65℃的恒温箱中24小时，保持恒温箱内相对湿度为75％-80％，待溶剂完全挥发后，得到自组装胶体晶体模板；
二、固化胶体晶体模板
将上述制得的胶体晶体模板加热固化，固化温度为80℃，固化时间为20min；
三、制备二氧化钛反蛋白石
1、配制二氧化钛溶胶
A溶液：3.34ml钛酸丁酯和22.26ml无水乙醇混合搅拌20min；
B溶液：0.5ml超纯水+25ml无水乙醇+0.1ml37％浓盐酸搅拌20min；
将B溶液逐滴加入A溶液中制备成二氧化钛溶胶；
2、将固化后的模板浸入上述二氧化钛溶胶中5s后提拉上来，反复提拉3次，使得二氧化钛溶胶填充满胶体微球的间隙；
3、400℃的条件下煅烧10h，除去模板，得到二氧化钛反蛋白石结构；
四、填充氧化亚铜
将二氧化钛反蛋白石结构作为工作电极，铂片作为对电极，Ag/AgCl2作为参比电极，用电化学沉积的方法向反蛋白石间隙中电沉积氧化亚铜，电解液的配置如下：0.3mol/L CuSO4·5H2O，3mol/L乳酸，pH＝9，温度T＝60℃，沉积电位U＝-0.3V，沉积时间t＝30min；制得反蛋白石复合结构TiO2/Cu2O太阳能电池。
实施例7
一、胶体晶体模板的制备
将镍片用蒸馏水超声15分钟，清洗掉浮尘，再用丙酮擦洗，接着用甲醇超声15分钟，然后在超纯水中超声清洗15分钟，最后在氮气流中烘干；将聚甲基丙烯酸甲酯胶体微球粒子和超纯水装入平底容器中，配制成质量浓度为2％、微球粒径大小分布为100nm-900nm、单分散性能好、粒径偏差<3％的聚甲基丙烯酸甲酯微球乳液；再将清洗后的镍片浸入聚甲基丙烯酸甲酯微球乳液中，镍片的浸入角度为与乳液液面呈90°角，然后将平底试管置于温度为55℃的恒温箱中36小时，保持恒温箱内相对湿度为70％-75％，待溶剂完全挥发后，得到自组装胶体晶体模板；
二、制备二氧化钛反蛋白石
1、配制二氧化钛溶胶
A溶液：4.17ml钛酸丁酯和20.83ml无水乙醇混合搅拌15～20min；
B溶液：25ml无水乙醇+0.04ml37wt％浓盐酸搅拌15～20min；
将B溶液逐滴加入A溶液中制备成二氧化钛溶胶；
2、将模板用去污剂、丙酮、乙醇和去离子水，在超声波清洗器内依次清洗20分钟；再将模板浸入上述二氧化钛溶胶中2s后提拉上来，反复提拉6次，使得二氧化钛溶胶填充满胶体微球的间隙；
3、用甲苯浸泡填充二氧化钛的模板2h，除去模板，得到二氧化钛反蛋白石结构；
三、填充氧化亚铜
将二氧化钛反蛋白石结构作为工作电极，铂片作为对电极，Ag/AgCl2作为参比电极，用电化学沉积的方法向反蛋白石间隙中电沉积氧化亚铜，电解液的配置如下：0.5mol/LCuSO4·5H2O，4mol/L乳酸，pH＝9；温度T＝60℃，沉积电位U＝-0.35V，沉积时间t＝60min；制得反蛋白石复合结构TiO2/Cu2O太阳能电池。
实施例8
一、胶体晶体模板的制备
将铜片用蒸馏水超声10分钟，清洗掉浮尘，再用丙酮擦洗，接着用无水乙醇超声10分钟，然后在超纯水中超声清洗10分钟，最后在氮气流中烘干；将二氧化硅胶体微球粒子和无水乙醇装入平底容器中，配制成质量浓度为0.1％、微球粒径大小分布为100nm-1000nm、单分散性能好、粒径偏差<5％的二氧化硅微球乳液；再将清洗后的铜片浸入二氧化硅微球乳液中，铜片的浸入角度为与乳液液面呈90°角，然后将平底试管置于温度为50℃的恒温箱中72小时，保持恒温箱内相对湿度为50％-55％，待溶剂完全挥发后，得到自组装胶体晶体模板；
二、固化胶体晶体模板
将上述制得的胶体晶体模板加热固化，固化温度为200℃，固化时间为20min；
三、制备二氧化钛反蛋白石
1、配制二氧化钛溶胶
A溶液：4ml钛酸丁酯和16ml无水乙醇混合搅拌15～20min；
B溶液：20ml无水乙醇+0.04ml37wt％浓盐酸搅拌15～20min；
将B溶液逐滴加入A溶液中制备成二氧化钛溶胶；
2、将模板浸入上述二氧化钛溶胶中3s后提拉上来，反复提拉6次，使得二氧化钛溶胶填充满胶体微球的间隙；
3、用氢氟酸溶液浸泡18h，除去模板，得到二氧化钛反蛋白石结构；
四、填充氧化亚铜
将二氧化钛反蛋白石结构作为工作电极，铂片作为对电极，Ag/AgCl2作为参比电极，用电化学沉积的方法向反蛋白石间隙中电沉积氧化亚铜，电解液的配置如下：0.3mol/L CuSO4·5H2O，3mol/L乳酸，pH＝9，温度T＝60℃，沉积电位U＝-0.25V，沉积时间t＝90min；制得反蛋白石复合结构TiO2/Cu2O太阳能电池。
Claims (10)
1.一种反蛋白石复合结构太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)胶体晶体模板的制备
将经清洗的导电基片以与液面呈60-90°的角度浸入胶体微球乳液中，待溶剂完全挥发后，即在基片表面得到呈面心立方的自组装胶体晶体模板；
(2)填充二氧化钛
(2A)配置二氧化钛溶胶：
配制溶液1：将钛酸丁酯与无水乙醇混合，搅拌15～20min；
配制溶液2：将超纯水、无水乙醇和37wt％浓盐酸混合，搅拌15～20min；或者，将无水乙醇与37wt％浓盐酸混合，搅拌15～20min；
将溶液2加入溶液1中制备成二氧化钛溶胶；
所述溶液1和溶液2的体积比为1:1；
(2B)将二氧化钛溶胶充分填充入模板胶体微球的间隙；
(2C)将填充二氧化钛的模板中的模板去除后，得到三维有序大孔二氧化钛光子晶体，即二氧化钛反蛋白石结构；
(3)填充氧化亚铜
将氧化亚铜电沉积到步骤(2C)得到的二氧化钛反蛋白石结构上，得到反蛋白石复合结构TiO2/Cu2O太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的一种反蛋白石复合结构太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的导电基片为硅片、铜片、镍片或镍铬合金。
3.根据权利要求1所述的一种反蛋白石复合结构太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的胶体微球乳液为质量分数0.01％-3％、粒径大小分布100nm-1000nm、单分散性能好、粒径偏差<5％的二氧化硅、聚苯乙烯或者聚甲基丙烯酸甲酯微球乳液；其中，配制微球乳液的溶剂为超纯水和无水乙醇中的一种或者两种的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种反蛋白石复合结构太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，将经清洗的导电基片以与液面呈60-75°的角度浸入胶体微球乳液中。
5.根据权利要求1所述的一种反蛋白石复合结构太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的自组装胶体晶体模板的制备条件为：于温度为50-65℃的恒温箱中放置24-72小时，保持恒温箱内相对湿度为60％-80％。
6.根据权利要求1所述的一种反蛋白石复合结构太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(2A)所述的钛酸丁酯与无水乙醇的体积比为(3-5)：(10-25)；所述的超纯水：无水乙醇：37wt％浓盐酸的体积比为(0.1-1)：(10-25)：(0.01-0.1)；所述的无水乙醇与37wt％浓盐酸的体积比为(20-25)：0.04。
7.根据权利要求1所述的一种反蛋白石复合结构太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(2B)所述的将二氧化钛溶胶充分填充入模板胶体微球的间隙的方法为：将胶体晶体模板浸入二氧化钛溶胶中，浸渍2～5s后提拉上来，反复提拉3～6次。
8.根据权利要求1所述的一种反蛋白石复合结构太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(2C)所述的去除模板的方法为：用四氢呋喃、甲苯或氢氟酸浸泡2～18h，或者通过400-500℃煅烧6-10h。
9.根据权利要求1所述的一种反蛋白石复合结构太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的电沉积方法为：以二氧化钛反蛋白石结构为工作电极，铂片作为对电极，Ag/AgCl2作为参比电极，电解液组成为0.25-0.5mol/LCuSO4·5H2O，3-4mol/L乳酸，pH＝9；在还原电位为-0.25v～-0.45v，温度为50～60℃下，进行恒电位沉积氧化亚铜10-90min。
10.根据权利要求1所述的一种反蛋白石复合结构太阳能电池的制备方法，其特征在于，将自组装胶体晶体模板固化后再填充二氧化钛；其中，由二氧化硅微球制备的模板固化温度为100～200℃，固化时间为20～40min；由聚苯乙烯微球或聚甲基丙烯酸甲酯微球制备的模板固化温度为80～90℃，固化时间为10～20min。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20141022 |