CN109524488B - 具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面增阻层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面增阻层的制备方法，包括：1)、配制含有纳米悬浮颗粒的悬浮液；2)、采用尖端楔形的毛刷在仿金字塔绒面表面均匀涂覆一层含有纳米悬浮颗粒的的悬浮液；3)、快速干燥去除水分及粘结剂，得到具有分散态纳米颗粒的仿金字塔绒面；4)、对具有分散态纳米颗粒的仿金字塔绒面进行退火处理，得到具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面增阻层。具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面增阻层，减缓了液膜的爬行速度，在不对硅金字塔绒面进行抛光磨平处理的条件下，有利于通过采用溶液法实现了在微米尺度起伏的金字塔绒面基底上全覆盖均匀仿形钙钛矿薄膜的制备，提高了钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的效率。
Description
技术领域
本发明属于钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池领域，具体涉及一种具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面增阻层的制备方法。
背景技术
有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因其具有超高的光电转化效率、简单低廉的制备工艺和设备、可溶液法低温制备等优点，近年来受到了全世界学术界及产业界的广泛关注。截止2018年11月，得到认证的单结钙钛矿太阳能电池的最高效率已经达到23.4％。然而单结钙钛矿太阳能电池的光电转换效率无法超过肖克利-奎伊瑟极限理论效率。晶硅太阳能电池，目前占据了光伏市场90％的份额，具有较宽的吸收光谱，但是对高能量的光谱吸收较少，电池的开路电压(VOC)不高。基于上述特点，钙钛矿/晶硅叠层光伏电池技术成为了实现超高效、低成本光伏发电技术的重要途径。
高效率商业化硅太阳能电池通常采用金字塔绒面陷光结构来增加光俘获能力，从而提高电池的光电转换效率。在钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池制备过程中，需要在金字塔绒面二氧化硅隧穿层上沉积仿形钙钛矿薄膜，确保钙钛矿/晶硅叠层电池具有高陷光结构，以获得更高的光电转换效率。然而，硅基底电池这种复杂的表面纹理结构使得难以沉积厚度均匀的钙钛矿薄膜。当钙钛矿以液体形态沉积时，如同我们常识所知的那样，液体在“金字塔”之间的谷中积聚，金字塔的塔尖上存在裸露，这种现象将导致最终的电池短路。因此，减缓钙钛矿溶液在硅基体电池表面的流动是制备均匀全覆盖钙钛矿薄膜的一种有效措施。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面增阻层的制备方法，以解决
现有技术中，在具有仿金字塔绒面的基体上沉积钙钛矿薄膜时，液体在“金字塔”之间的谷中积聚，金字塔的塔尖上存在裸露的技术问题。该方法能够减缓钙钛矿溶液在仿金字塔绒面的基体表面的流动，获得均匀全覆盖钙钛矿薄膜，解决因钙钛矿薄膜裸露导致电池短路的问题，提高钙钛矿/晶硅叠层电池的光电转换效率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面增阻层的制备方法，包括以下步骤：
1)、配制含有纳米悬浮颗粒的悬浮液，其中，纳米悬浮颗粒体积与悬浮液总体积之比为1/500～1/5000；
2)、采用尖端楔形的毛刷在仿金字塔绒面表面均匀涂覆一层含有纳米悬浮颗粒的的悬浮液，获得悬浮液涂层；
3)、快速干燥去除悬浮液涂层中的水分及粘结剂，得到具有分散态纳米颗粒的仿金字塔绒面；
4)、对具有分散态纳米颗粒的仿金字塔绒面进行退火处理，提高纳米颗粒与基体的结合强度，得到具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面增阻层。
进一步的，涂覆的悬浮液膜的厚度为200～5000nm。
进一步的，分散态纳米颗粒的粒径为10～300nm。
进一步的，分散态纳米颗粒呈随机均匀分布，间距为20～200nm。
进一步的，步骤3)所述快速干燥具体为：加热或抽气法。
进一步的，步骤4)中在100～1000℃，退火处理10-200min。
进一步的，所述金字塔绒面为硅金字塔绒面。
进一步的，金字塔平均高度为5-20微米。
进一步的，所述金字塔绒面为：涂覆有仿形隧穿层的硅金字塔绒面、涂覆有仿形空穴传输层的硅金字塔绒面或涂覆有仿形电子传输层的硅金字塔绒面。
相对于现有技术，本发明具有有益效果：本发明一种具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面增阻层的制备方法，通过配制含有纳米悬浮颗粒的悬浮液；再将悬浮液均匀涂覆在仿金字塔绒面表面上，获得悬浮液涂层；快速干燥去除悬浮液涂层中的水分及粘结剂，得到具有分散态纳米颗粒的仿金字塔绒面，再进行退火得到具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面增阻层。仿金字塔绒面上具有纳米尺度的分散态纳米颗粒，对在仿金字塔绒面基体上采用溶液法制备钙钛矿薄膜起增阻作用，解决在具有仿金字塔绒面基体上沉积钙钛矿薄膜时，液体在“金字塔”之间的谷中积聚，金字塔的塔尖上存在裸露的技术问题，有效解决了因钙钛矿薄膜裸露导致的电池短路问题，提高了钙钛矿/晶硅叠层电池的光电转换效率。
附图说明
图1为具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面增阻层纵向截面示意图。
其中，1是纳米尺度的凸起，2仿金字塔绒面增阻层，3是晶硅太阳能电池。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。本发明并不限于这里所描述的特殊实例和实施方案。任何本领域中的技术人员很容易在不脱离本发明精神和范围的情况下进行进一步的改进和完善，都落入本发明的保护范围。
实施例1
一种具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面SiO2增阻层的制备方法，包括以下步骤：
1)、配制含有纳米SiO2悬浮颗粒的悬浮液，其中，SiO2纳米颗粒的尺寸为10～90nm。SiO2悬浮颗粒体积与悬浮液总体积之比为1：500。
2)、采用尖端楔形的毛刷在仿金字塔绒面二氧化硅隧穿层表面均匀涂覆一层厚度为400nm的SiO2悬浮液；
3)、将其置于200℃下快速干燥去除水分，得到平均间距为120nm的具有SiO2纳米颗粒增阻层。
4)、将具有分散态纳米颗粒的仿金字塔绒面置于高温800℃下退火处理90min，提高SiO2纳米颗粒与基体的结合强度，得到具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面二氧化硅增阻层。
请参阅图1所示，具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面二氧化硅增阻层，包括晶硅太阳能电池3，晶硅太阳能电池3的顶部具有仿金字塔绒面增阻层2，仿金字塔绒面增阻层2的金字塔侧壁分散排布有若干纳米尺度的凸起1。
实施例2
一种具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面TiO2增阻层的制备方法，包括以下步骤：
1)、配制含有纳米TiO2悬浮颗粒的悬浮液，其中，TiO2纳米颗粒的尺寸为10～150nm。SiO2悬浮颗粒体积与悬浮液总体积之比为1：1000。
2)、采用尖端楔形的毛刷在仿金字塔绒面TiO2致密层表面均匀涂覆一层厚度为2000nm的TiO2悬浮液；
3)、将其置于200℃下快速干燥去除水分，得到平均间距为100nm的具有TiO2纳米颗粒增阻层。
4)、将具有分散态纳米颗粒的仿金字塔绒面置于高温500℃下退火处理10min，提高TiO2纳米颗粒与基体的结合强度，得到具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面TiO2增阻层。
实施例3
一种具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面TiO2增阻层的制备方法，包括以下步骤：
1)、配制含有纳米TiO2悬浮颗粒的悬浮液，其中，TiO2纳米颗粒的尺寸为10～150nm。SiO2悬浮颗粒体积与悬浮液总体积之比为1：5000。
2)、采用尖端楔形的毛刷在仿金字塔绒面TiO2致密层表面均匀涂覆一层厚度为5000nm的TiO2悬浮液；
3)、将其置于200℃下快速干燥去除水分，得到平均间距为200nm的具有TiO2纳米颗粒增阻层。
4)、将具有分散态纳米颗粒的仿金字塔绒面置于高温1000℃下退火处理120min，提高TiO2纳米颗粒与基体的结合强度，得到具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面TiO2增阻层。
实施例4
一种具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面TiO2增阻层的制备方法，包括以下步骤：
1)、配制含有纳米TiO2悬浮颗粒的悬浮液，其中，TiO2纳米颗粒的尺寸为100～300nm。SiO2悬浮颗粒体积与悬浮液总体积之比为1：2500。
2)、采用尖端楔形的毛刷在仿金字塔绒面TiO2致密层表面均匀涂覆一层厚度为200nm的TiO2悬浮液；
3)、将其置于200℃下快速干燥去除水分，得到平均间距为20nm的具有TiO2纳米颗粒增阻层。
4)、将具有分散态纳米颗粒的仿金字塔绒面置于高温100℃下退火处理200min，提高TiO2纳米颗粒与基体的结合强度，得到具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面TiO2增阻层。
上面结合实施例对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不违背本发明一种具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面增阻层的制备方法，都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面增阻层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、配制含有纳米悬浮颗粒的悬浮液；
2)、采用尖端楔形的毛刷在仿金字塔绒面表面均匀涂覆一层含有纳米悬浮颗粒的悬浮液，获得悬浮液涂层；
3)、快速干燥去除悬浮液涂层中的水分及粘结剂，得到具有分散态纳米颗粒的仿金字塔绒面；
4)、对具有分散态纳米颗粒的仿金字塔绒面进行退火处理，提高纳米颗粒与基体的结合强度，得到具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面增阻层；
所述纳米悬浮颗粒为纳米SiO2悬浮颗粒或纳米TiO2悬浮颗粒；分散态纳米颗粒的粒径为10～300nm；分散态纳米颗粒呈随机均匀分布，间距为20～200nm。
2.根据权利要求1所述的具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面增阻层的制备方法，其特征在于，涂覆的悬浮液膜的厚度为200～5000nm。
3.根据权利要求1所述的具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面增阻层的制备方法，其特征在于，步骤3)所述快速干燥具体为：加热或抽气法。
4.根据权利要求1所述的具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面增阻层的制备方法，其特征在于，步骤4)中在100～1000℃，退火处理10-200min。
5.根据权利要求1所述的具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面增阻层的制备方法，其特征在于，所述金字塔绒面为硅金字塔绒面。
6.根据权利要求1所述的具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面增阻层的制备方法，其特征在于，所述金字塔绒面为：涂覆有仿形隧穿层的硅金字塔绒面、涂覆有仿形空穴传输层的硅金字塔绒面或涂覆有仿形电子传输层的硅金字塔绒面。
7.根据权利要求1所述的具有纳米尺度凸起的仿金字塔绒面增阻层的制备方法，其特征在于，纳米悬浮颗粒体积与悬浮液总体积之比为1/500～1/5000。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ultra-high open-circuit voltage of perovskite solar cells induced by nucleation thermodynamics on rough substrates;Yan Li等;《SCIENTIFIC REPORTS》;20170412;第7卷;全文 * |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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