CN111416044A - 一种平铺式壳芯结构钙钛矿纳米线的芯层及其太阳能电池制作方法 - Google Patents

一种平铺式壳芯结构钙钛矿纳米线的芯层及其太阳能电池制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种平铺式壳芯结构钙钛矿纳米线的芯层及其太阳能电池制作方法，太阳光无须从侧面入射而可以直接从电池的正面入射，从而提高器件效率，这将使得其十分适合于智能穿戴等领域。芯层制作方法包括以下步骤：a、准备衬底、模板；b、采用电子束曝光法在模板上刻蚀出平铺式凹槽阵列；c、将模板凹槽向下，并和衬底粘合固定在一起，凹槽与衬底之间形成芯层的容纳空间，再放入芯层溶胶中浸泡，直至芯层溶胶充满所述容纳空间；d、经烘干、退火后，形成平铺阵列式的芯层。电池的制作方法包括以下步骤：S1、在衬底的一端设置第一电极；S2、在衬底上制备芯层；S3、在芯层上制备壳层；S4、在衬底的另一端设置第二电极。

Description

一种平铺式壳芯结构钙钛矿纳米线的芯层及其太阳能电池制 作方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种太阳能电池的制作方法及模板法制备芯层的方法。
背景技术
以钙钛矿材料为壳，传输材料为芯层的纳米线用于太阳能电池有望获得高光电转换效率。目前，传统的壳芯结构纳米线阵列均为直立状结构，若将以钙钛矿材料为吸光层的壳芯结构钙钛矿纳米线阵列应用于太阳能电池，则太阳光需从电池的侧面入射，影响器件的使用性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种太阳能电池的制作方法及模板法制备芯层的方法，太阳光无须从侧面入射而可以直接从电池的正面入射，从而提高器件效率，这将使得其十分适合于智能穿戴等领域。
本发明的目的是这样实现的：
一种平铺式壳芯结构钙钛矿纳米线的芯层制作方法，包括以下步骤：
a、准备衬底、模板；
b、采用电子束曝光法在模板上刻蚀出平铺式凹槽阵列；
c、将模板凹槽向下，并和衬底粘合固定在一起，凹槽与衬底之间形成芯层的容纳空间，再放入芯层溶胶中浸泡，直至芯层溶胶充满所述容纳空间；
d、经烘干、退火后，形成平铺阵列式的芯层。
一种平铺式壳芯结构钙钛矿纳米线太阳能电池的制作方法，包括以下步骤：
S1、在衬底的一端设置第一电极；
S2、在衬底上制备芯层；
S3、在芯层上制备壳层；
S4、在衬底的另一端设置第二电极。
优选地，所述衬底、芯层的亲疏水性相反，步骤S3包括：
S31、向钙钛矿溶胶中加入溶剂，配制出壳层溶胶，所述溶剂的亲疏水性与芯层的亲疏水性相同；
S32、将具有芯层的衬底放入壳层溶胶中浸泡，经烘干、退火后，构筑出壳芯结构纳米线阵列。
优选地，步骤S32中，具有芯层的衬底背向第一电极的一端放入壳层溶胶中浸泡，壳层溶胶的液面与第一电极之间留有间距。
由于采用了上述技术方案，平铺式壳芯结构钙钛矿纳米线太阳能电池具有如下有益效果：
(1)减反射，聚光能力强；
(2)体积小，利于器件的小型化；
(3)柔性好，适于制备柔性器件；
(4)易单晶化，可降低电子-空穴复合率；
(5)更适于输运载流子，增大载流子扩散强度及寿命等。
由于纳米线具有这些优势，将其应用于太阳能电池中有望获得高光电转换效率；且由于它同时具有柔性及小型化的优点，使其适用于智能穿戴设备。而考虑到智能穿戴设备的一个正常使用情况，需要太阳光从其正面入射，因此，平铺状的壳芯结构钙钛矿纳米线阵列型太阳能电池可满足智能穿戴设备等柔性器件的用电需求，为其发展奠定基础。
附图说明
图1为本发明电池的结构示意图；
图2为图1的俯视示意图；
图3为图2的A-A剖视示意图；
图4为本发明制作方法的示意图。
附图标记
附图中，1为衬底，2为第一电极，3为第二电极，4为芯层，5为壳层， 6为模板。
具体实施方式
参见图1-图3，为一种平铺式壳芯结构钙钛矿纳米线太阳能电池，包括呈片状的衬底(采用绝缘材料)，所述衬底的两端分别电镀有呈条形的第一电极、第二电极，所述第一电极、第二电极相互平行，所述第一电极、第二电极之间沿平面阵列设置有若干壳芯结构钙钛矿纳米线，各壳芯结构钙钛矿纳米线相互平行，所述壳芯结构钙钛矿纳米线包括传输材料制成的芯层以及钙钛矿材料制成的壳层，所述芯层与第一电极连接，所述壳层与第二电极连接。
所述芯层设置在衬底上，芯层的一端与第一电极连接，所述壳层覆盖在芯层上，壳层的一端与第一电极之间留有间距，防止壳层与第一电极发生导电，壳层的另一端封住芯层，且与第二电极连接。所述第一电极嵌入衬底内，所述第一电极上固定有模板，所述芯层固定于模板上设置的凹槽内。
所述衬底、第一电极、第二电极、壳芯结构钙钛矿纳米线中的至少一种为柔性材料。更加满足智能穿戴设备等柔性器件的实用需求。平铺式壳芯结构钙钛矿纳米线太阳能电池应用于智能穿戴设备，非常适用于对智能穿戴设备供电。
一种平铺式壳芯结构钙钛矿纳米线的芯层制作方法，包括以下步骤：
a、准备衬底、模板；
b、采用电子束曝光法在模板上刻蚀出平铺式凹槽阵列；
c、将模板凹槽向下，并和衬底粘合固定在一起，凹槽与衬底之间形成芯层的容纳空间，再放入芯层溶胶中浸泡，直至芯层溶胶充满所述容纳空间；
d、经烘干、退火后，形成平铺阵列式的芯层。
参见图4，一种平铺式壳芯结构钙钛矿纳米线太阳能电池的制作方法，包括以下步骤：
S1、在衬底的一端电镀上第一电极；
S2、在衬底上制备芯层；步骤S2包括：
S21、准备模板，采用电子束曝光法在模板上刻蚀出凹槽，凹槽的槽宽为 100nm左右；
S22、将模板凹槽向下，并和衬底粘合固定在一起，凹槽与衬底之间形成芯层的容纳空间，再放入芯层溶胶中浸泡，直至芯层溶胶充满所述容纳空间；
S23、经烘干、退火后，保留第一电极上方的模板部分，去除其余模板部分，形成沿平面阵列的芯层。
S3、在芯层上制备壳层；所述衬底、芯层的亲疏水性相反，步骤S3包括：
S31、向钙钛矿溶胶中加入溶剂，配制出壳层溶胶，所述溶剂的亲疏水性与芯层的亲疏水性相同；
S32、将具有芯层的衬底放入壳层溶胶中浸泡，经烘干、退火后，构筑出壳芯结构纳米线阵列。步骤S32中，具有芯层的衬底背向第一电极的一端放入壳层溶胶中浸泡，壳层溶胶的液面与第一电极之间留有间距。
利用材料的亲疏水特性，可以有效解决壳层材料铺满整个衬底的问题，从而有望获得高光电转换效率的壳/芯结构钙钛矿纳米线阵列型太阳能电池。
一种实施方案为：所述衬底的材料为疏水性材料，所述芯层的材料为亲水性材料，所述溶剂为亲水性溶剂，亲水性溶剂比如二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、乙醚等。本实施例中，所述衬底的材料为硅片或PVDF (具有柔性)，所述芯层的材料为二氧化钛，所述溶剂采用十二烷二酸(DDDA)， DDDA的两端具有羧基，一端容易与二氧化钛(电子传输层-芯层)中的Ti4+ 接触，另一端羧基具有亲水性。
另一种实施方案为：所述衬底的材料为亲水性材料，所述芯层的材料为疏水性材料，所述溶剂为疏水性溶剂。本实施例中，所述衬底的材料为PET(具有柔性)，所述芯层的材料为富勒烯衍生物N-甲基-2-戊基富勒烯吡咯烷 (NMPFP)，所述溶剂采用邻二氯苯或氯苯。
S4、在衬底的另一端电镀上第二电极。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种平铺式壳芯结构钙钛矿纳米线的芯层制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、准备衬底、模板；
b、采用电子束曝光法在模板上刻蚀出平铺式凹槽阵列；
c、将模板凹槽向下，并和衬底粘合固定在一起，凹槽与衬底之间形成芯层的容纳空间，再放入芯层溶胶中浸泡，直至芯层溶胶充满所述容纳空间；
d、经烘干、退火后，形成平铺阵列式的芯层。
2.一种平铺式壳芯结构钙钛矿纳米线太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在衬底的一端设置第一电极；
S2、在衬底上按权利要求1所述制作方法制备芯层；
S3、在芯层上制备壳层；
S4、在衬底的另一端设置第二电极。
3.根据权利要求2所述的一种平铺式壳芯结构钙钛矿纳米线太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述衬底、芯层的亲疏水性相反，步骤S3包括：
S31、向钙钛矿溶胶中加入溶剂，配制出壳层溶胶，所述溶剂的亲疏水性与芯层的亲疏水性相同；
S32、将具有芯层的衬底放入壳层溶胶中浸泡，经烘干、退火后，构筑出壳芯结构纳米线阵列。
4.根据权利要求3所述的一种平铺式壳芯结构钙钛矿纳米线太阳能电池的制作方法，其特征在于，步骤S32中，具有芯层的衬底背向第一电极的一端放入壳层溶胶中浸泡，壳层溶胶的液面与第一电极之间留有间距。
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