CN112909178B - 一种光陷衬底及其制备方法和应用、半透明太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光伏电池技术领域，尤其涉及一种光陷衬底及其制备方法和应用、半透明太阳能电池。利用所述制备方法制备得到的光陷衬底具有蛾眼微腔结构的光陷衬底，所述光陷衬底可以增强ST‑PSC对于人眼感知较弱的光子的吸收，以此来制备高效、高AVT的ST‑PSC，同时，还能够改变ST‑PSC的颜色，也可以制备得到一种接近光中性的ST‑PSC。

Description

一种光陷衬底及其制备方法和应用、半透明太阳能电池
技术领域
本发明涉及光伏电池技术领域，尤其涉及一种光陷衬底及其制备方法和应用、半透明太阳能电池。
背景技术
全球快速城市化和环境污染促使人们寻求一种低碳和可再生新能源。太阳能是世界上最丰富的可持续能源。然而，由于相对较高的成本，阻碍了光伏的应用。同时，建筑物的能耗非常大，在2018年，光伏技术仅占全球总能源需求的3％。根据2016年美国商业建筑能耗调查报告，建筑物的年耗电量为25TWh，约占40％的总能源消耗。此外，配电过程中存在大量的电力损失。
绿色建筑应遵循可持续性的设计原则，以使其自身产生足够的能量，以满足自身的需求。当前，市场上光伏建筑一体化(BIPV)的主导产品是不透明的硅晶电池。这种不透明光伏面板，只能安装在有限的建筑屋顶上。对于人口稠密、建筑密集的城市而言，并不是有效的解决方案。相对而言，半透明太阳能电池(ST-PSC)可集成在商业、住宅建筑的窗户、建筑外墙上，可产生的能源巨大，是未来城市建设能源自给自足建筑的可行性方案。
与传统的晶硅电池相比，ST-PSC需要收集足够的阳光，并将之转换为电能；同时，透过部分日光照亮室内。因此，除效率之外，其它特性如平均可见光透射率(AVT)、颜色和寿命，也是ST-PSC的关键评估参数。为了提高上述性能，M.
Figure BDA0002902695430000011
等(M.
Figure BDA0002902695430000012
W.Zhang；M.Saliba；K.Wojciechowski；H.Snaith,Energy&Environmental Science 2015,8(7),2041-2047；Designing nanobowl arrays of mesoporous TiO2 as an alternativeelectrontransporting layer for carbon cathode-basedperovskite solar cell)通过溶液法制备得到了一种类似的蛾眼结构(MC)的ITO导电玻璃衬底；但是通过溶液法制备得到的蛾眼结构的ITO导电玻璃衬底在煅烧过程中会产生裂纹，由于这些裂纹可能会导致光敏层钙钛矿与底电极的直接接触，从而产生短路电流，进而会极大的损害太阳能电池的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光陷衬底及其制备方法和应用、半透明太阳能电池。利用本发明所述的制备方法制备得到的光陷衬底可以增强ST-PSC对于人眼感知较弱的光子的吸收，并进一步能够制备高效、高AVT的ST-PSC。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种光陷衬底的制备方法，包括以下步骤：
将聚苯乙烯胶体球悬浮液、乙醇和磷酸混合，得到聚苯乙烯溶液；
将透明导电衬底置于装有水的容器底部，将所述聚苯乙烯溶液滑入水面，静置，滴加十二烷基硫酸钠，得到阵列结构的聚苯乙烯胶体球；
采用虹吸的方式，将所述阵列结构的聚苯乙烯胶体球转移到所述透明导电衬底上，进行氧等离子体处理后，依次沉积透明导电材料层和去除所述氧等离子体处理后的聚苯乙烯胶体球，得到所述光陷衬底。
优选的，所述聚苯乙烯胶体球悬浮液的固含量为5～15％；所述磷酸为质量浓度为42.5％的磷酸水溶液；
所述聚苯乙烯胶体球悬浮液、乙醇和磷酸的体积比为1：(2.5～3.5)：1。
优选的，所述聚苯乙烯胶体球悬浮液中的聚苯乙烯胶体球的直径为0.5～1.5μm。
优选的，所述氧等离子体处理的功率为25～35W，氧流量为25～35sccm，所述氧等离子体处理的时间为5～30min。
优选的，所述透明导电材料层的厚度为150～500nm。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的光陷衬底，所述光陷衬底为凹陷的蛾眼微腔结构，所述蛾眼微腔结构的深度为250nm，直径为900～950nm。
本发明还提供了上述技术方案所述的光陷衬底在光伏电池领域中的应用。
本发明还提供了一种半透明太阳能电池，包括依次层叠设置的光陷衬底、电子传输层、光敏感层、空穴传输层和电极层；所述光陷衬底为上述技术方案所述的光陷衬底。
优选的，所述电子传输层的材料为SnO2、ZnO、TiO2或苯基-C61-丁酸甲基酯；
所述光敏感层的材料为钙钛矿活性层、CdTe、GaAs或铜镓硒；
所述空穴传输层的材料为2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、氧化镍、CuI、CuSCN、Li0.05Mg0.15Ni0.8O或聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]；
所述电极层的材料为金、银、铜或铝。
优选的，所述半透明太阳能电池还包括保护层；所述保护层位于所述空穴传输层和电极层之间；
所述保护层的材料为MoO3。
本发明提供了一种光陷衬底的制备方法，包括以下步骤：将聚苯乙烯胶体球悬浮液、乙醇和磷酸混合，得到聚苯乙烯溶液；将透明导电衬底置于装有水的容器底部，将所述聚苯乙烯溶液滑入水面，静置，滴加十二烷基硫酸钠，得到阵列结构的聚苯乙烯胶体球；采用虹吸的方式，将所述阵列结构的聚苯乙烯胶体球转移到所述透明导电衬底上，进行氧等离子体处理后，沉积透明导电材料层，去除所述氧等离子体处理后的聚苯乙烯胶体球，得到所述光陷衬底。本发明利用所述制备方法制备得到的光陷衬底具有蛾眼微腔结构的光陷衬底，所述光陷衬底可以增强ST-PSC对于人眼感知较弱的光子的吸收，以此来制备高效、高AVT的ST-PSC，同时，还能够改变ST-PSC的颜色，也可以制备得到一种接近光中性的ST-PSC，且通过上述制备方法制备得到的光陷衬底还能够解决裂纹问题的发生。
附图说明
图1为本发明所述半透明太阳能电池的制备流程图；
图2为实施例3所述氧等离子体处理后的PS球在ITO导电玻璃上的阵列排布的SEM图和实施例3所述所述光陷衬底的SEM图；
图3为实施例1～6中所述氧等离子体处理后的PS球在ITO导电玻璃上的阵列排布的SEM图；
图4为实施例3所述的光陷衬底的反射光谱图和人眼感光曲线；
图5为实施例3所述的光陷衬底的吸收光谱和透过光谱；
图6为实施例3所述的半透明太阳能电池和对比例1所述的半透明太阳能电池在室外阳光下的照片；
图7为实施例3所述的半透明太阳能电池和对比例1所述的半透明太阳能电池的电流密度-电压(J-V)曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种光陷衬底的制备方法，包括以下步骤：
将聚苯乙烯胶体球(PS)悬浮液、乙醇和磷酸混合，得到聚苯乙烯溶液；
将透明导电衬底置于装有水的容器底部，将所述聚苯乙烯溶液滑入水面，静置，滴加十二烷基硫酸钠，得到阵列结构的聚苯乙烯胶体球；
采用虹吸的方式，将所述阵列结构的聚苯乙烯胶体球转移到所述透明导电衬底上，进行氧等离子体处理后，沉积透明导电材料层，去除所述氧等离子体处理后的聚苯乙烯胶体球，得到所述光陷衬底。
在本发明中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品。
本发明将聚苯乙烯胶体球悬浮液、乙醇和磷酸混合，得到聚苯乙烯溶液。在本发明中，所述聚苯乙烯胶体球悬浮液的固含量优选为5～15％，更优选为8～12％，最优选为10％。在本发明中，所述聚苯乙烯胶体球悬浮液中的聚苯乙烯胶体球的直径优选为0.5～1.5μm，更优选为0.8～1.2μm。在本发明中，所述磷酸优选为质量浓度为42.5％的磷酸水溶液。在本发明中，所述聚苯乙烯胶体球悬浮液、乙醇和磷酸的体积比优选为1：(2.5～3.5)：1，更优选为1：(2.8～3.2)：1，最优选为1:3:1。
在本发明中，所述混合优选在超声的条件下进行，所述超声的时间优选为20～30min，更优选为15min；本发明对所述超声的频率没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的频率，并能够保证在上述超声的时间内使得到的聚苯乙烯溶液混合均匀即可。本发明对所述混合的顺序没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的顺序进行即可。
在本发明中，所述乙醇为溶剂；所述磷酸为分散剂主要是为了防止聚苯乙烯胶体球的团聚。
得到聚苯乙烯溶液后，本发明将透明导电衬底置于装有水的容器底部，将所述聚苯乙烯溶液滑入水面，静置，滴加十二烷基硫酸钠，得到阵列结构的聚苯乙烯胶体球。本发明对所述透明导电衬底的种类没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的种类即可。在本发明的具体实施例中，所述透明导电衬底具体选择为ITO玻璃。
在本发明中，将所述透明导电衬底置于装有水的容器底部前，优选将所述透明导电衬底依次进行清洗和干燥。在本发明中，所述水优选为去离子水。在本发明中，所述清洗优选为依次采用去污剂、丙酮、异丙酮和去离子水进行超声清洗；本发明对所述超声清洗的条件没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的条件进行即可。在本发明中，所述干燥优选为采用氮气进行吹干。
本发明对所述将聚苯乙烯溶液滑入水面的具体过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程能够保证在水面上得到一层单层的聚苯乙烯胶体球即可。
在本发明中，所述静置的时间优选为1～5小时，更优选为3小时。在本发明中，所述静置的目的是使PS小球有充足的时间重新排列，从而形成排列紧密、均匀的PS阵列。
在本发明中，所述聚苯乙烯胶体球悬浮液与所述十二烷基硫酸钠的体积比优选为(2.5～5.5)：1，更优选为(3～5)：1，最优选为(3.5～4.5)：1。在本发明中，所述十二烷基硫酸钠的滴加速度优选为20～50μL/s，更优选为30μL/s。
在本发明中，滴加所述十二烷基硫酸钠可以对PS球表面进行表面改性。将原本单个、均匀分散的PS球的表面电荷的性质进行了改变，使得PS小球不断地聚拢，从而形成更加均匀分布整齐且致密的PS阵列。
得到所述阵列结构的聚苯乙烯胶体球后，本发明采用虹吸的方式，将所述阵列结构的聚苯乙烯胶体球转移到所述透明导电衬底上，进行氧等离子体处理后，依次沉积透明导电材料层和去除所述氧等离子体处理后的聚苯乙烯胶体球，得到所述光陷衬底。本发明对所述虹吸的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
采用虹吸的方式，将所述阵列结构的聚苯乙烯胶体球转移到所述透明导电衬底上后，本发明还优选包括干燥的过程。在本发明中，所述干燥优选在空气环境中进行；所述干燥的温度优选为25℃～35℃，时间优选为6h。
在本发明中，所述透明导电衬底上的聚苯乙烯胶体球中相邻两球之间的球心间距优选为0.9～1.05μm，更优选为1μm。
在本发明中，所述氧等离子体处理的功率优选为25～35W，更优选为28～32W；氧流量优选为25～35sccm，更优选为28～32sccm；所述氧等离子体处理的时间优选为5～30min，更优选为10～25min，最优选为15～20min。
在本发明中，所述氧等离子体处理后的PS球的直径优选为0.85～0.98μm，更优选为0.95μm。
在本发明中，所述氧等离子体处理可以减小所述PS球的直径不断的增长氧等离子体处理时间，PS小球的直径不断在减小。但是，两个PS小球球心之间的间距基本保持不变。而球心距离是由所使用的PS小球的直径所决定的。因此，可通过使用不同直径的PS，从而来更改球心距离。此外，还可以通过改变ITO沉积厚度来修改MC的深度。
在本发明中，所述透明导电材料层的材料优选为掺氟二氧化锡(FTO)、掺锡氧化铟(ITO)、掺硼氧化锌(BZO)或氧化锌(AZO)。在本发明中，所述沉积的方法优选为磁控溅射或原子层沉积法；本发明对所述磁控溅射或原子层沉积法的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
在本发明中，所述透明导电材料层的厚度优选为150～500nm，更优选为200～450nm，最优选为250～400nm。
在本发明中，去除所述氧等离子体处理后的聚苯乙烯胶体球的过程优选为将所述去除所述氧等离子体处理后的聚苯乙烯胶体球依次在氯仿中浸泡和在丙酮中进行清洗。在本发明中，所述浸泡和清洗优选在超声的条件下进行，本发明对所述超声的频率没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明中，所述浸泡的时间优选为15min，所述清洗的时间优选为5min。在本发明中，在去除所述氧等离子体处理后的聚苯乙烯胶体球的过程中，所述氧等离子体处理后的聚苯乙烯胶体球表面的透明导电层也随之去除。
在本发明中，去除所述氧等离子体处理后的聚苯乙烯胶体球后，其球心之间的距离在1～1.05μm，PS小球直径在900～950nm。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的光陷衬底，所述光陷衬底为凹陷的蛾眼微腔结构，所述蛾眼微腔结构的深度为250nm，直径为900～950nm。
本发明还提供了上述技术方案所述的光陷衬底在光伏电池领域中的应用。
本发明还提供了一种半透明太阳能电池，包括依次层叠设置的光陷衬底、电子传输层、光敏感层、空穴传输层和电极层；所述光陷衬底为上述技术方案所述的光陷衬底。
在本发明中，所述电子传输层的材料优选为SnO2、ZnO、TiO2或苯基-C61-丁酸甲基酯(PCBM)；所述光敏感层的材料优选为钙钛矿活性层、CdTe、GaAs或铜镓硒；所述空穴传输层的材料优选为2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(spiro-OMeTAD)、氧化镍、CuI、CuSCN、Li0.05Mg0.15Ni0.8O或聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)；所述电极层的材料优选为金、银、铜或铝。本发明对所述电子传输层、光敏感层、空穴传输层和电极层的厚度均没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的厚度即可。
在本发明中，所述半透明太阳能电池还优选包括保护层；所述保护层位于所述空穴传输层和电极层之间；所述保护层的材料优选为MoO3。本发明对所述保护层的厚度没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的厚度即可。
本发明还提供了上述技术方案所述的半透明太阳能电池的制备方法，优选包括以下步骤：
在所述光陷衬底表面依次制备电子传输层、光敏感层、空穴传输层和电极层，得到所述半透明太阳能电池。
制备所述电子传输层前，本发明优选对所述光陷衬底进行预处理，所述预处理优选包括清洗和氮气吹干；所述清洗优选包括依次采用去污剂、丙酮、异丙醇和去离子水进行超声清洗；本发明对所述去污剂的种类没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的种类进行即可；本发明对所述超声清洗的条件没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的条件进行即可。
本发明对所述电子传输层的制备过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备过程进行即可。在本发明的具体实施例中，在本发明的实施例中，所述电子传输层的材料具体为SnO2，所述电子传输层的制备过程具体为：以四(二甲氨基)锡(TDMASn>＝5N，即四(二甲氨基)锡的纯度≥99.999％)和水作为前驱物进行脉冲沉积，所述脉冲沉积的一个周期包括：TDMASn脉冲30ms→Ar吹扫30s→等待5s→水脉冲300ms→Ar吹扫30s→等待5s。所述每个周期的沉积厚度为0.095～0.1nm。进行200个循环，得到厚度为18～20nm的SnO2后，在空气气氛和400℃下退火4h，随炉冷却，得到所述电子传输层。
本发明对所述光敏感层的制备过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明的具体实施例中，所述光敏感层的材料具体为CsxFAyMA1-x- yPbBrzI3-z；其中，x＝0.03～0.06，y＝0.80～0.86，z＝0.17～0.46；所述FA为甲酰胺，MA为四甲基铵根离子。在本发明中，所述x优选为0.04～0.05，y优选为0.83。在本发明中，所述Cs的价态优选为正一价；所述Pb的价态优选为正二价；FA+的结构为：CH5N2 +；MA+的结构为CH3NH3 +。
所述光敏感层的制备方法具体为：提供钙钛矿前驱体溶液；所述钙钛矿前驱体溶液包括前驱体溶质和有机溶剂，所述前驱体溶质包括碘化甲酰胺、甲基溴化铵、甲基碘化铵、碘化铅、溴化铅和碘化铯；所述钙钛矿前驱体溶液中各前驱体溶质的配比满足上述技术方案所述钙钛矿材料中的Cs、FA、MA、Pb、Br和I的摩尔比；将所述钙钛矿前驱体溶液覆盖在电子传输层表面，得到所述钙钛矿材料。
本发明提供钙钛矿前驱体溶液。在本发明中，所述钙钛矿前驱体溶液包括前驱体溶质和有机溶剂；所述前驱体溶质包括碘化甲酰胺(FAI)、甲基溴化铵(MABr)、甲基碘化铵(MAI)、碘化铅(PbI2)、溴化铅(PbBr2)和碘化铯(CsI)。所述钙钛矿前驱体溶液中碘化铯的浓度优选为0.03～0.06mol/L，更优选为0.04～0.05mol/L；所述钙钛矿前驱体溶液中各溶质的配比满足所述钙钛矿材料中的Cs、FA、MA、Pb、Br和I的摩尔比即可。在本发明的实施例中，所述FAI的浓度具体为0.99mol/L，所述MABr的浓度具体为0mol/L，所述PbI2的浓度具体为1.1mol/L，所述PbBr2的浓度具体为0.1mol/L、所述CsI的浓度具体为0.06mol/L，所述MAI的浓度具体为0.15mol/L；或所述FAI的浓度具体为0.99mol/L，所述MABr的浓度具体为0mol/L，所述PbI2的浓度具体为1mol/L，所述PbBr2的浓度具体为0.2mol/L、所述CsI的浓度具体为0.06mol/L，所述MAI的浓度具体为0.15mol/L；或所述FAI的浓度具体为0.99mol/L，所述MABr的浓度具体为0.15mol/L，所述PbI2的浓度具体为1mol/L，所述PbBr2的浓度具体为0.2mol/L、所述CsI的浓度具体为0.06mol/L，所述MAI的浓度具体为0mol/L；或所述FAI的浓度具体为1mol/L，所述MABr的浓度具体为0mol/L，所述PbI2的浓度具体为1.1mol/L，所述PbBr2的浓度具体为0.1mol/L、所述CsI的浓度具体为0.06mol/L，所述MAI的浓度具体为0.15mol/L；或所述FAI的浓度具体为1mol/L，所述MABr的浓度具体为0mol/L，所述PbI2的浓度具体为1mol/L，所述PbBr2的浓度具体为0.2mol/L、所述CsI的浓度具体为0.06mol/L，所述MAI的浓度具体为0.15mol/L；或所述FAI的浓度具体为1mol/L，所述MABr的浓度具体为0.15mol/L，所述PbI2的浓度具体为1mol/L，所述PbBr2的浓度具体为0.2mol/L、所述CsI的浓度具体为0.06mol/L，所述MAI的浓度具体为0mol/L。
在本发明中，所述钙钛矿前驱体溶液中的溶剂包括二甲基甲酰胺和二甲基亚砜；所述二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比优选为4:1。
本发明对所述钙钛矿前驱体溶液的制备过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的溶液制备过程进行即可。
得到钙钛矿前驱体溶液后，本发明将所述钙钛矿前驱体溶液覆盖在电子传输层表面，得到所述钙钛矿材料。本发明对所述基底的种类没有任何特殊的限定，可根据实际需求选择不同种类的基底；在本发明中，所述覆盖的方法为热蒸镀法或旋转镀膜法。本发明对所述热蒸镀法或旋转镀膜法的具体过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明中，所述覆盖的方法更优选为旋转镀膜法；所述旋转镀膜法的制备过程优选包括以下步骤：将所述钙钛矿前驱体溶液旋涂在所述基底表面，进行固化，得到所述钙钛矿材料。在本发明中，进行旋涂前，优选对所述钙钛矿前驱体溶液进行前处理，所述前处理优选为搅拌；所述搅拌的转速优选为800～1500rpm，更优选为1000～1200rpm，最优选为1000rpm；所述搅拌的时间优选为2～3h，更优选为2h。在本发明中，所述旋涂的过程优选为以1500rpm的速度旋涂在基底表面5s后，旋涂的速度加速到5500rpm，持续30s。所述旋涂完成后，本发明还优选包括滴加反溶剂氯苯；所述反溶剂氯苯与钙钛矿前驱体溶液的体积比优选为10:1。在本发明中，所述固化的温度优选为95～105℃，更优选为100℃；所述固化的时间优选为15～25min，更优选为20min。
在本发明的具体实施例中，所述在基底表面制备所述钙钛矿材料的方法具体采用旋转镀膜法。所述旋转镀膜法的过程具体为：在充满氮气的手套箱中，将所述钙钛矿前驱体溶液以1000rpm的速度搅拌2小时；然后将60μL所述钙钛矿前驱体溶液以1500rpm的速度旋涂在基底表面5s后，旋涂的速度加速到5500rpm，持续30s，在第30s滴加60μL反溶剂氯苯后，在100±5℃的条件下加热20min，得到所述钙钛矿材料。
本发明对所述空穴传输层的制备过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备过程进行即可。在本发明的具体实施例中，在本发明的具体实施例中，所述空穴传输层的材料具体为spiro-OMeTAD；所述空穴传输层的制备方法包括以下步骤：将800mgspiro-MeOTAD、1mL氯苯、28.8μL4-叔丁基吡啶和17.5μL浓度为520mg/mL的锂盐溶液(溶剂为乙腈，溶质为双三氟甲烷磺酰亚胺锂)混合至完全溶解后，将得到的混合液以3500rpm的速度旋涂在所述钙钛矿活性层30s后，在干燥器中放置过夜得到空穴传输层。所述空穴传输层制备完成后，本发明还优选包括在所述空穴传输层的上表面制备保护层，本发明对所述保护层的制备方法没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明的实施例中，所述保护层的制备方法包括以下步骤：以
Figure BDA0002902695430000101
的速率热蒸发MoO3，得到保护层。
本发明对所述电极层的制备方法没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方法进行即可。在本发明的具体实施例中，所述电极层具体为IZO电极层；所述电极层的制备方法包括以下步骤：在所述保护层的上表面溅射电极层，得到所述半透明太阳能电池；所述溅射的功率为50W，溅射的压力为8.2×10-2Pa。
下面结合实施例对本发明提供的一种光陷衬底及其制备方法和应用、半透明太阳能电池进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
如图1所示的半透明太阳能电池的制备流程进行下述半透明太阳能电池的制备：
将400μL固含量为10％的直径为1μm聚苯乙烯胶体球悬浮液1200μL乙醇和400μL质量浓度为42.5％的磷酸在超声的条件下混合15min，得到聚苯乙烯溶液；
将ITO导电玻璃依次采用去污剂、丙酮、异丙醇和去离子水进行超声清洗后，采用氮气进行吹干，得到洗净的ITO导电玻璃；
将所述洗净的ITO导电玻璃置于装有去离子水的容器底部，将所述聚苯乙烯溶液滑入水面，使单层PS球漂浮在水面上，静置3h后，以30μL/s的滴加速度滴加100μL十二烷基硫酸钠，得到阵列结构的聚苯乙烯胶体球；
采用虹吸的方式，将所述阵列结构的聚苯乙烯胶体球转移到所述透明导电衬底上，在空气环境中干燥6h，进行氧等离子体处理，所述氧等离子体处理的功率为30W，氧流量为30sccm，时间为5min；采用磁控溅射法沉积厚度为250nm的ITO透明导电材料层后，在氯仿中超声浸泡15min，在丙酮中超声清洗5min，去除所述氧等离子体处理后的聚苯乙烯胶体球，得到所述光陷衬底。
以四(二甲氨基)锡(TDMASn>＝5N)和水作为前驱物在所述预处理的ITO导电玻璃的表面进行脉冲沉积，所述脉冲沉积的每个周期包括：TDMASn脉冲30ms-Ar吹扫30s-等待5s-水脉冲300ms-Ar吹扫30s-等待5s。所述每个周期的沉积厚度为0.095～0.1nm。进行200个循环，得到厚度为18～20nm的SnO2后，在空气气氛和400℃下退火4小时，随炉冷却，得到所述电子传输层；
在充满氮气的手套箱中，将所述钙钛矿前驱体溶液(所述钙钛矿前驱体溶液中FAI的浓度为0.99mol/L，MABr的浓度为0mol/L，PbI2的浓度为1mol/L，PbBr2的浓度为0.2mol/L，CsI的浓度为0.06mol/L，MAI的浓度为0.15mol/L)以1000rpm的速度搅拌2小时；然后将60μL所述钙钛矿前驱体溶液以1500rpm的速度旋涂在所述电子传输层表面5s后，旋涂的速度加速到5500rpm，持续30s，在第30s滴加60μL反溶剂氯苯后，在100±5℃的条件下加热20min，得到所述钙钛矿活性层(Cs0.05FA0.83MA0.12PbBrzI3-z)z的值为0.33；
将800mg spiro-OMeTAD、1mL氯苯、28.8μL 4-叔丁基吡啶和17.5μL浓度为520mg/mL的锂盐溶液(溶剂为乙腈，溶质为双三氟甲烷磺酰亚胺锂)混合至完全溶解后，将得到的混合液以3500rpm的速度旋涂在所述钙钛矿活性层30s后，在干燥器中放置过夜，得到空穴传输层；
以
Figure BDA0002902695430000121
的速率在所述空穴传输层的表面热蒸发MoO3，得到保护层；
在所述保护层的上表面溅射电极层，所述溅射的功率为50W，溅射的压力为8.2×10-2Pa，得到所述半透明太阳能电池。
实施例2
制备方法参考实施例1，区别在于，所述氧等离子体处理的时间为10min。
实施例3
制备方法参考实施例1，区别在于，所述氧等离子体处理的时间为15min。
图2中a1-a2为所述氧等离子体处理后的PS球在ITO导电玻璃上的阵列排布的SEM图，其中a1为60°角的俯视图，a2为90°角的俯视图,由图2中a1-a2可知，PS球均匀分布在ITO上，两个相邻球体质检的距离为150nm，经过氧等离子体处理后的PS球的直径为850nm；图2中b1-b2为所述光陷衬底的SEM图，其中b1为60°角的俯视图，b2为90°角的俯视图，由图2中b1-b2可知，所述光陷衬底中的蛾眼微腔结构中蛾眼微腔结构的深度为250nm，直径为900nm。
实施例4
制备方法参考实施例1，区别在于，所述氧等离子体处理的时间为20min。
实施例5
制备方法参考实施例1，区别在于，所述氧等离子体处理的时间为25min。
实施例6
制备方法参考实施例1，区别在于，所述氧等离子体处理的时间为30min。
对比例1
将ITO导电玻璃依次采用去污剂、丙酮、异丙醇和去离子水进行超声清洗后，采用氮气进行吹干，得到洗净的ITO导电玻璃；
以四(二甲氨基)锡(TDMASn>＝5N)和水作为前驱物在所述预处理的ITO导电玻璃的表面进行脉冲沉积，所述脉冲沉积的每个周期包括：TDMASn脉冲30ms-Ar吹扫30s-等待5s-水脉冲300ms-Ar吹扫30s-等待5s。所述每个周期的沉积厚度为0.095～0.1nm。进行200个循环，得到厚度为18～20nm的SnO2后，在空气气氛和400℃下退火4小时，随炉冷却，得到所述电子传输层；
在充满氮气的手套箱中，将所述钙钛矿前驱体溶液(所述钙钛矿前驱体溶液中FAI的浓度为0.99mol/L，PbI2的浓度为1mol/L，PbBr2的浓度为0.2mol/L，CsI的浓度为0.06mol/L，MAI的浓度为0.15mol/L)以1000rpm的速度搅拌2小时；然后将60μL所述钙钛矿前驱体溶液以1500rpm的速度旋涂在所述电子传输层表面5s后，旋涂的速度加速到5500rpm，持续30s，在第30s滴加60μL反溶剂氯苯后，在100±5℃的条件下加热20min，得到所述钙钛矿活性层(Cs0.05FA0.83MA0.12PbBr0.33I2.67)；
将800mg spiro-OMeTAD、1mL氯苯、28.8μL 4-叔丁基吡啶和17.5μL浓度为520mg/mL的锂盐溶液(溶剂为乙腈，溶质为双三氟甲烷磺酰亚胺锂)混合至完全溶解后，将得到的混合液以3500rpm的速度旋涂在所述钙钛矿活性层30s后，在干燥器中放置过夜，得到空穴传输层；
以
Figure BDA0002902695430000131
的速率在所述空穴传输层的表面热蒸发MoO3，得到保护层；
在所述保护层的上表面溅射电极层，所述溅射的功率为50W，溅射的压力为8.2×10-2Pa，得到所述半透明太阳能电池。
测试例
图3为实施例1～6中所述氧等离子体处理后的PS球在ITO导电玻璃上的阵列排布的SEM图，其中a为实施例6，b为实施例5，c为实施例4，d为实施例3，e为实施例2和f为实施例1；由图3可知，氧等离子处理时间越长，PS球的直径越小，但是两个PS球球心直径的间距基本保持不变。
图4为实施例3所述的光陷衬底的反射光谱图(a)和人眼感光曲线(b)，由图4可知，人眼对不同波长的光子的敏感程度不同，其中，对绿光(λ＝550nm)最为敏感，但对红光和蓝光的感知较弱。因此，提高半透明太阳能电池对于人眼不敏感范围内的光子的吸收，是在不降低平均可见光透射率的情况下，获得高性能的ST-PSC的有效方法；本发明所述的光陷衬底表现出像蛾眼一样的梯度反射，可以在很宽的光谱范围内显示光陷效应，且其反射光与人眼感光曲线精确匹配。其中插图为在AM1.5照明下拍摄的光陷衬底照片，有此可知，镀膜区域仅反射蓝光和红光，有效地透射绿光；
图5为实施例3所述的光陷衬底的吸收光谱和透过光谱；由图5可知，这种光陷结构对人眼最敏感的绿光的透射率可达90％以上。而对红光以及蓝光的反射很强。此外，在整个可见光光谱的光吸收都很弱，有效的避免光在透明电极上的光损失
图6为实施例3所述的半透明太阳能电池和对比例1所述的半透明太阳能电池在室外阳光下的照片(其中a为对比例1，b为实施例3)，有图6可知，两个半透明太阳能电池均表现出了很好的透明度，但是与a中的红棕色相比，b图中的半透明太阳能电池具有更好的光中性，电池的性能也得到了很大的改善；
图7为实施例3所述的半透明太阳能电池和对比例1所述的半透明太阳能电池的电流密度-电压(J-V)曲线，有图7可知，对比例1的AVT为35％时，功率转换效率(PCE)为8.71％，短路电流密度(Jsc)为15.42mA·cm-2，开路电压(Voc)为0.78V，填充因子(FF)为72.54％。而实施例3的AVT为32.50％时，功率转换效率(PCE)为10.32％，短路电流密度(Jsc)为16.83mA·cm-2，开路电压(Voc)为0.79V，填充因子(FF)为77.61％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种光陷衬底的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚苯乙烯胶体球悬浮液、乙醇和磷酸混合，得到聚苯乙烯溶液；
将透明导电衬底置于装有水的容器底部，将所述聚苯乙烯溶液滑入水面，静置，滴加十二烷基硫酸钠，得到阵列结构的聚苯乙烯胶体球；
采用虹吸的方式，将所述阵列结构的聚苯乙烯胶体球转移到所述透明导电衬底上，进行氧等离子体处理后，依次沉积透明导电材料层和去除所述氧等离子体处理后的聚苯乙烯胶体球，得到所述光陷衬底；
所述氧等离子体处理的功率为25～35W，氧流量为25～35sccm，所述氧等离子体处理的时间为5～30min。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚苯乙烯胶体球悬浮液的固含量为5～15％；所述磷酸为质量浓度为42.5％的磷酸水溶液；
所述聚苯乙烯胶体球悬浮液、乙醇和磷酸的体积比为1：(2.5～3.5)：1。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述聚苯乙烯胶体球悬浮液中的聚苯乙烯胶体球的直径为0.5～1.5μm。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述透明导电材料层的厚度为150～500nm。
5.权利要求1～4任一项所述的制备方法制备得到的光陷衬底，其特征在于，所述光陷衬底为凹陷的蛾眼微腔结构，所述蛾眼微腔结构的深度为250nm，直径为900～950nm。
6.权利要求5所述的光陷衬底在光伏电池领域中的应用。
7.一种半透明太阳能电池，包括依次层叠设置的光陷衬底、电子传输层、光敏感层、空穴传输层和电极层，其特征在于，所述光陷衬底为权利要求6所述的光陷衬底。
8.如权利要求7所述的半透明太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层的材料为SnO2、ZnO、TiO2或苯基-C61-丁酸甲基酯；
所述光敏感层的材料为钙钛矿活性层、CdTe、GaAs或铜镓硒；
所述空穴传输层的材料为2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、氧化镍、CuI、CuSCN、Li0.05Mg0.15Ni0.8O或聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]；
所述电极层的材料为金、银、铜或铝。
9.如权利要求7或8所述的半透明太阳能电池，其特征在于，所述半透明太阳能电池还包括保护层；所述保护层位于所述空穴传输层和电极层之间；
所述保护层的材料为MoO3。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103515484A (zh) * 2013-09-13 2014-01-15 南开大学 一种周期性结构的绒面透明导电薄膜及其制备方法
CN105826471A (zh) * 2016-03-24 2016-08-03 吉林大学 一种双仿生陷光兼具等离子体表面共振效应的聚合物太阳能电池及其制备方法
CN107064013A (zh) * 2017-01-22 2017-08-18 中国人民解放军防化学院 含磷毒剂检测用凝胶光子晶体、制备方法及应用
CN112086562A (zh) * 2019-06-12 2020-12-15 北京宏泰创新科技有限公司 半透明钙钛矿太阳能电池、组件及制备方法
CN112117383A (zh) * 2020-09-11 2020-12-22 东北师范大学 一种结构可调节的电子传输层及其制备方法、太阳能电池及其制备方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201310854D0 (en) * 2013-06-18 2013-07-31 Isis Innovation Photoactive layer production process
US11056676B2 (en) * 2018-01-14 2021-07-06 National Formosa University Method of brightness enhancement layer with sub-wavelength structure for a light-emitting element
CN108281551B (zh) * 2018-01-31 2021-05-25 淮阴工学院 基于光子晶体异质结的反式三维钙钛矿太阳能电池的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103515484A (zh) * 2013-09-13 2014-01-15 南开大学 一种周期性结构的绒面透明导电薄膜及其制备方法
CN105826471A (zh) * 2016-03-24 2016-08-03 吉林大学 一种双仿生陷光兼具等离子体表面共振效应的聚合物太阳能电池及其制备方法
CN107064013A (zh) * 2017-01-22 2017-08-18 中国人民解放军防化学院 含磷毒剂检测用凝胶光子晶体、制备方法及应用
CN112086562A (zh) * 2019-06-12 2020-12-15 北京宏泰创新科技有限公司 半透明钙钛矿太阳能电池、组件及制备方法
CN112117383A (zh) * 2020-09-11 2020-12-22 东北师范大学 一种结构可调节的电子传输层及其制备方法、太阳能电池及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Nanobowl optical concentrator for efficient light trapping and high-performance organic photovoltaics;Yongcai Qiu 等;《Sci. Bull.》;20151231;第60卷(第1期);第109-115页 *

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