CN113690372A - 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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赵东明
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丁坤
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Abstract

本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括：球状钙钛矿层；包覆所述球状钙钛矿层的TCO层；从球心向外延伸出球状钙钛矿层并穿过TCO层的柱状电极结构；所述柱状电极结构由金属电极芯层和并排设置在所述金属电极芯层侧面的第一载流子传输层与绝缘层组成；所述第一载流子传输层完全包覆在球状钙钛矿层内部，所述绝缘层将所述金属电极芯层与TCO层完全隔开。与现有技术相比，本发明提供的钙钛矿太阳能电池采用特定结构和连接关系，形成带有对电极的微球状结构，对入射光的角度没有要求，可以拓展其应用领域；并且上述特定结构和连接关系能够实现较好的相互作用，将其自组装后形成的大面积钙钛矿电池的光电转换效率高，具有广阔的应用前景。

Description

一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，更具体地说，是涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
钙钛矿型太阳能电池(perovskite solar cells)，是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池。在接受太阳光照射时，钙钛矿层首先吸收光子产生电子-空穴对；由于钙钛矿材激子束缚能的差异，这些载流子或者成为自由载流子，或者形成激子，而且，因为这些钙钛矿材料往往具有较低的载流子复合几率和较高的载流子迁移率，所以载流子的扩散距离和寿命较长；然后，这些未复合的电子和空穴分别被电子传输层和空穴传输层收集，即电子从钙钛矿层传输到电子传输层，最后被ITO收集，而空穴从钙钛矿层传输到空穴传输层，最后被金属电极收集，当然，这些过程中总不免伴随着一些载流子的损失，如电子传输层的电子与钙钛矿层空穴的可逆复合、电子传输层的电子与空穴传输层的空穴的复合(钙钛矿层不致密的情况)、钙钛矿层的电子与空穴传输层的空穴的复合，因此要提高电池的整体性能，这些载流子的损失应该降到最低；最后，通过连接FTO和金属电极的电路而产生光电流。
目前，钙钛矿太阳能电池发展现状良好，但现有技术中钙钛矿太阳能电池多为平面结构，其要求入射光的入射角度在一个需要范围内，这样限制了其应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，本发明提供的钙钛矿太阳能电池为带有对电极的微球状结构，对入射光的角度没有要求，可以拓展其应用领域，并且将其自组装后形成的大面积钙钛矿电池的光电转换效率高，具有广阔的应用前景。
本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括：
球状钙钛矿层；
包覆所述球状钙钛矿层的TCO层；
从球心向外延伸出球状钙钛矿层并穿过TCO层的柱状电极结构；
所述柱状电极结构由金属电极芯层和并排设置在所述金属电极芯层侧面的第一载流子传输层与绝缘层组成；
所述第一载流子传输层完全包覆在球状钙钛矿层内部，所述绝缘层将所述金属电极芯层与TCO层完全隔开。
优选的，所述球状钙钛矿层的半径R为300nm～350μm；所述TCO层的厚度为半径R的0.1％～30％。
优选的，所述柱状电极结构的直径为100nm～500μm，其中，所述载流子传输层与绝缘层的厚度均为5nm～100nm。
优选的，所述球状钙钛矿层和TCO层之间还设有第二载流子传输层；所述第二载流子传输层的类型与所述第一载流子传输层不同。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
a)将导电材料形成金属电极芯层，并在所述金属电极芯层侧面并排依次沉积第一载流子传输层与绝缘层，得到柱状电极结构；
b)将步骤a)得到的柱状电极结构沉积第一载流子传输层的一端浸入钙钛矿材料溶液中进行成核生长，在端部形成微球状的钙钛矿结构；然后在形成的微球状的钙钛矿结构表面制备TCO层，得到钙钛矿太阳能电池。
优选的，所述步骤a)具体为：
a1)在平面金属层状结构表面沉积至少两层光刻胶；用激光在光刻胶上打出孔洞，孔洞深度至平面金属层状结构表面；然后用电镀法在孔洞中生长导电材料，形成金属电极芯层；
a2)用洗液清洗掉第一层光刻胶，沉积一层半导体材料，形成第一载流子传输层；再用洗液清洗掉第二层光刻胶，沉积一层绝缘层材料，形成绝缘层，得到柱状电极结构。
优选的，步骤a1)中所述导电材料选自金、银、铜、铁、铝、镉、钼、钛、锡、钨、锌、镓、锗、砷、硒、铑、钯、铟、锑、锇、铱、铂、铊、铋和钋中的一种或多种。
优选的，步骤a2)中所述半导体材料为N型半导体材料或P型半导体材料；所述N型半导体材料选自TiO2、富勒烯、石墨烯、SnO2和ZnO中的一种或多种；所述P型半导体材料选自NiOx、Cu2O、CuI、PTAA和CuSCN一种或多种；
所述绝缘层材料选自SiO2、Si3N4、氧化铍、氮化硼、氮化铝、氧化铝和硼酸锡钡中的一种或多种。
优选的，步骤b)中所述钙钛矿材料溶液由钙钛矿前驱体材料与有机溶剂配制而成；
所述成核生长的条件为：烘烤加热或微波加热，加热温度为80℃～200℃。
优选的，所述步骤b)还包括：
在端部形成微球状的钙钛矿结构后，首先在形成的微球状的钙钛矿结构表面沉积第二载流子传输层，再制备TCO层，得到钙钛矿太阳能电池。
本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括：球状钙钛矿层；包覆所述球状钙钛矿层的TCO层；从球心向外延伸出球状钙钛矿层并穿过TCO层的柱状电极结构；所述柱状电极结构由金属电极芯层和并排设置在所述金属电极芯层侧面的第一载流子传输层与绝缘层组成；所述第一载流子传输层完全包覆在球状钙钛矿层内部，所述绝缘层将所述金属电极芯层与TCO层完全隔开。与现有技术相比，本发明提供的钙钛矿太阳能电池采用特定结构和连接关系，形成带有对电极的微球状结构，对入射光的角度没有要求，可以拓展其应用领域；并且上述特定结构和连接关系能够实现较好的相互作用，将其自组装后形成的大面积钙钛矿电池的光电转换效率高，具有广阔的应用前景。
另外，本发明提供的制备方法工艺简单，条件温和、易控，应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明实施例提供的钙钛矿太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括：
球状钙钛矿层；
包覆所述球状钙钛矿层的TCO层；
从球心向外延伸出球状钙钛矿层并穿过TCO层的柱状电极结构；
所述柱状电极结构由金属电极芯层和并排设置在所述金属电极芯层侧面的第一载流子传输层与绝缘层组成；
所述载流子传输层完全包覆在球状钙钛矿层内部，所述绝缘层将所述金属电极芯层与TCO层完全隔开。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；其中，1为金属电极芯层，2为绝缘层，3为第一载流子传输层，4为球状钙钛矿层，5为TCO层。
在本发明中，所述球状钙钛矿层由钙钛矿材料形成，为球状结构。在本发明中，所述球状钙钛矿层的半径R优选为300nm～350μm，更优选为400nm～300μm。
在本发明中，所述TCO层包覆所述球状钙钛矿层；在此基础上，可以看作所述球状钙钛矿层为球心，所述TCO层为球壳。在本发明中，所述TCO层的厚度优选为半径R的0.1％～30％，更优选为100nm～400nm。
在本发明中，所述柱状电极结构从球心向外延伸出球状钙钛矿层并穿过TCO层。在本发明中，所述柱状电极结构由金属电极芯层和并排设置在所述金属电极芯层侧面的第一载流子传输层与绝缘层组成。
在本发明中，所述金属电极芯层由导电材料形成，为柱状结构，其侧面并排设置有第一载流子传输层与绝缘层。
在本发明中，所述第一载流子传输层由半导体材料形成，其完全包覆在球状钙钛矿层内部；所述第一载流子传输层的厚度优选为5nm～100nm，更优选为30nm～80nm。
在本发明中，所述绝缘层由绝缘层材料形成，其将所述金属电极芯层与TCO层完全隔开；所述绝缘层的厚度优选为5nm～100nm，更优选为20nm～90nm。
在本发明中，所述第一载流子传输层与绝缘层优选并排设置且相接触；所述第一载流子传输层与绝缘层优选厚度相同。
在本发明中，所述柱状电极结构的直径优选为100nm～500μm，更优选为200nm～300μm；此外，所述柱状电极结构的长径比优选不低于2：1，更优选为5：1。
在本发明优选的实施例中，所述球状钙钛矿层和TCO层之间优选还设有第二载流子传输层。在本发明中，所述第二载流子传输层由半导体材料形成，包覆所述球状钙钛矿层，而所述TCO层进一步包覆该第二载流子传输层。
在本发明中，所述第二载流子传输层的类型与所述第一载流子传输层不同，即：若所述第一载流子传输层为N型传输层，则所述第二载流子传输层为P型传输层；若第一载流子传输层为P型传输层，则所述第二载流子传输层为N型传输层。
本发明提供的钙钛矿太阳能电池采用特定结构和连接关系，形成带有对电极的微球状结构，对入射光的角度没有要求，可以拓展其应用领域；并且上述特定结构和连接关系能够实现较好的相互作用，将其自组装后形成的大面积钙钛矿电池的光电转换效率高，具有广阔的应用前景。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
a)将导电材料形成金属电极芯层，并在所述金属电极芯层侧面并排依次沉积第一载流子传输层与绝缘层，得到柱状电极结构；
b)将步骤a)得到的柱状电极结构沉积第一载流子传输层的一端浸入钙钛矿材料溶液中进行成核生长，在端部形成微球状的钙钛矿结构；然后在形成的微球状的钙钛矿结构表面制备TCO层，得到钙钛矿太阳能电池。
本发明首先将导电材料形成金属电极芯层，并在所述金属电极芯层侧面并排依次沉积第一载流子传输层与绝缘层，得到柱状电极结构。
在本发明中，所述得到柱状电极结构的过程优选具体为：
a1)在平面金属层状结构表面沉积至少两层光刻胶；用激光在光刻胶上打出孔洞，孔洞深度至平面金属层状结构表面；然后用电镀法在孔洞中生长导电材料，形成金属电极芯层；
a2)用洗液清洗掉第一层光刻胶，沉积一层半导体材料，形成第一载流子传输层；再用洗液清洗掉第二层光刻胶，沉积一层绝缘层材料，形成绝缘层，得到柱状电极结构。
在本发明中，所述平面金属层状结构用于光刻胶沉积，本发明对此没有特殊限制；所述金属优选选自金、银、铜、铁、铝、镉、钼、钛、锡、钨、锌、镓、锗、砷、硒、铑、钯、铟、锑、锇、铱、铂、铊、铋和钋中的一种或多种，更优选为金、银、铜、钼或钛。
在本发明中，所用的光刻胶为本领域技术人员熟知的材料；至少两层光刻胶的每层的厚度分别与后续待沉积材料的高度相同，沉积完成后再用洗液去除多余的光刻胶即可；本发明对此没有特殊限制。
在本发明中，所述导电材料优选与所选平面金属材料相同，在此不再赘述。本发明对所述导电材料的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。
本发明对清洗掉第一层光刻胶的洗液的种类和来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。
在本发明中，所述沉积一层半导体材料的方式优选为气相沉积或原子沉积；所述沉积一层半导体材料的厚度优选为5nm～100nm，更优选为30nm～80nm。
在本发明中，所述半导体材料优选为N型半导体材料或P型半导体材料；其中，所述N型半导体材料优选选自TiO2、富勒烯、石墨烯、SnO2和ZnO中的一种或多种，更优选为富勒烯或SnO2；所述P型半导体材料优选选自NiOx、Cu2O、CuI、PTAA和CuSCN一种或多种，更优选为NiOx。本发明对所述半导体材料的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。
本发明对清洗掉第二层光刻胶的洗液的种类和来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。
在本发明中，所述沉积一层绝缘层材料的方式优选为气相沉积或原子沉积；所述沉积一层绝缘层材料的厚度优选为5nm～100nm，更优选为20nm～90nm。
在本发明中，所述绝缘层材料优选选自SiO2、Si3N4、氧化铍、氮化硼、氮化铝、氧化铝和硼酸锡钡中的一种或多种，更优选为SiO2和/或Si3N4，更优选为SiO2或Si3N4。本发明对所述绝缘层材料的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。
得到所述柱状电极结构后，本发明将得到的柱状电极结构沉积第一载流子传输层的一端浸入钙钛矿材料溶液中进行成核生长，在端部形成微球状的钙钛矿结构；然后在形成的微球状的钙钛矿结构表面制备TCO层，得到钙钛矿太阳能电池。
在本发明中，所述钙钛矿材料溶液优选由钙钛矿前驱体材料与有机溶剂配制而成。在本发明中，所述钙钛矿前驱体材料优选为PbI2、PbBr2、CsI、CsBr、FAI、MAI、MACl和MABr中的一种或多种制备的钙钛矿单晶；所述有机溶剂优选选自DMF(N,N-二甲基甲酰胺)、DMSO(二甲基亚砜)、DMPU(N,N-二甲基丙烯基脲)、NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)、2-ME(乙二醇甲醚)、ACN(乙腈)和GBL(γ-丁内酯)中的一种或多种。本发明对所述PbI2、PbBr2、CsI、CsBr、FAI、MAI、MACl和MABr及上述有机溶剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品或自制品均可。
在本发明中，所述成核生长的条件优选为：烘烤加热或微波加热，加热温度为80℃～200℃，更优选为烘烤加热，加热温度为100℃～150℃。
在本发明中，形成微球状的钙钛矿结构即为上述技术方案中所述的球状钙钛矿层。在本发明中，所述球状钙钛矿层的半径R优选为300nm～350μm，更优选为400nm～300μm。
在本发明中，所述制备TCO层的方式优选为气相沉积或等离子体沉积；所述制备TCO层的厚度优选为半径R的0.1％～30％，更优选为0.1％～10％，具体为：100nm～400nm。
在本发明优选的实施例中，所述得到钙钛矿太阳能电池的过程优选还包括：
在端部形成微球状的钙钛矿结构后，首先在形成的微球状的钙钛矿结构表面沉积第二载流子传输层，再制备TCO层，得到钙钛矿太阳能电池。
在本发明中，所述沉积第二载流子传输层的方式优选为气相沉积或原子沉积；所述沉积第二载流子传输层的厚度优选为5nm～100nm，更优选为30nm～80nm。
在本发明中，所述第二载流子传输层由半导体材料形成，包覆所述球状钙钛矿层，而所述TCO层进一步包覆该第二载流子传输层。在本发明中，所述半导体材料与上述技术方案中所述的相同，在此不再赘述。
在本发明中，所述第二载流子传输层的类型与所述第一载流子传输层不同，即：若所述第一载流子传输层为N型传输层(由N型半导体材料沉积而成)，则所述第二载流子传输层为P型传输层(由P型半导体材料沉积而成)；若第一载流子传输层为P型传输层(由P型半导体材料沉积而成)，则所述第二载流子传输层为N型传输层(由N型半导体材料沉积而成)。
本发明提供的制备方法工艺简单，条件温和、易控，应用前景广阔。
本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括：球状钙钛矿层；包覆所述球状钙钛矿层的TCO层；从球心向外延伸出球状钙钛矿层并穿过TCO层的柱状电极结构；所述柱状电极结构由金属电极芯层和并排设置在所述金属电极芯层侧面的第一载流子传输层与绝缘层组成；所述第一载流子传输层完全包覆在球状钙钛矿层内部，所述绝缘层将所述金属电极芯层与TCO层完全隔开。与现有技术相比，本发明提供的钙钛矿太阳能电池采用特定结构和连接关系，形成带有对电极的微球状结构，对入射光的角度没有要求，可以拓展其应用领域；并且上述特定结构和连接关系能够实现较好的相互作用，将其自组装后形成的大面积钙钛矿电池的光电转换效率高，具有广阔的应用前景。
另外，本发明提供的制备方法工艺简单，条件温和、易控，应用前景广阔。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
(1)制备柱状电极结构：
①在平面金属(铜)层状结构表面沉积至少两层光刻胶(每一层光刻胶的厚度与待形成的分区的高度相同)；
②用激光在光刻胶上打出孔洞，孔洞深度至平面金属层状结构表面；
③用电镀法在孔洞中生长导电材料(铜柱)，形成金属电极；
④用洗液清洗掉第一层光刻胶，然后暴露出柱状电极结构待沉积第一分区材料的部位，然后采用气相沉积方式沉积一层N型半导体材料(具体为富勒烯)，其厚度为60nm；
⑤在步骤④的基础上，再用洗液清洗掉第二层光刻胶，然后暴露出柱状电极结构待沉积第二分区材料的部位，然后气采用原子沉积方式沉积一层绝缘层材料(具体为SiO2)，其厚度为60nm，得到长径比为5：1的具有导电性能的柱状电极结构。
(2)制备带有对电极的微球状结构：
①将步骤(1)得到的柱状电极结构沉积半导体材料的一端浸入钙钛矿材料溶液(钙钛矿材料Cs0.15FA0.85PbI3-xBrx，溶剂DMF：DMSO＝9：1，浓度1M/L)中，取出后烘烤加热130℃进行成核生长，在端部形成微球状的钙钛矿结构；
②在形成的微球状的钙钛矿结构表面用气相沉积制备TCO层，得到钙钛矿太阳能电池。
参见图1所述，图1为本发明实施例提供的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；其中，1为金属电极，2为绝缘层，3为N型传输层，4为球状钙钛矿层，5为TCO层。
由图1可知，TCO层5包覆球状钙钛矿层4，而柱状电极结构从球心向外延伸出球状钙钛矿层4并穿过TCO层5，金属电极1与TCO层5接触的部分设有绝缘层2。
球状钙钛矿层4的半径R为13μm，TCO层5的厚度为半径R的1.15％，即150nm；柱状电极结构的直径为25μm；绝缘层2的厚度为60nm。
实施例2
(1)制备柱状电极结构：
①在平面金属(银)层状结构表面沉积至少两层光刻胶(每一层光刻胶的厚度与待形成的分区的高度相同)；
②用激光在光刻胶上打出孔洞，孔洞深度至平面金属层状结构表面；
③用电镀法在孔洞中生长导电材料(银柱)，形成金属电极；
④用洗液清洗掉第一层光刻胶，然后暴露出柱状电极结构待沉积第一分区材料的部位，然后采用原子沉积方式沉积一层P型半导体材料(具体为NiOx)，其厚度为30nm；
⑤在步骤④的基础上，再用洗液清洗掉第二层光刻胶，然后暴露出柱状电极结构待沉积第二分区材料的部位，然后气采用原子沉积方式沉积一层绝缘层材料(具体为Si3N4)，其厚度为30nm，得到长径比为4：1的具有导电性能的柱状电极结构。
(2)制备带有对电极的微球状结构：
①将步骤(1)得到的柱状电极结构沉积半导体材料的一端浸入钙钛矿材料溶液(钙钛矿材料Cs0.05FA0.70MA0.25PbI3，溶剂DMF，浓度1.2M/L)中，取出后烘烤100℃进行成核生长，在端部形成微球状的钙钛矿结构；
②在形成的微球状的钙钛矿结构表面用气相沉积制备TCO层，得到钙钛矿太阳能电池。
参见图1所述，图1为本发明实施例提供的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；其中，1为金属电极，2为绝缘层，3为P型传输层，4为球状钙钛矿层，5为TCO层。
由图1可知，TCO层5包覆球状钙钛矿层4，而柱状电极结构从球心向外延伸出球状钙钛矿层4并穿过TCO层5，金属电极1与TCO层5接触的部分设有绝缘层2。
球状钙钛矿层4的半径R为10.5μm，TCO层5的厚度为半径R的1.52％，即160nm；柱状电极结构的直径为20μm；绝缘层2的厚度为30nm。
实施例3
采用实施例1提供的制备方法，区别在于：在端部形成微球状的钙钛矿结构后，首先在形成的微球状的钙钛矿结构表面用等离子体沉积法制备P型半导体材料(具体为NiOx)，再用气相沉积制备TCO层，得到钙钛矿太阳能电池。
实施例4
采用实施例2提供的制备方法，区别在于：在端部形成微球状的钙钛矿结构后，首先在形成的微球状的钙钛矿结构表面用气相沉积制备N型半导体材料(具体为富勒烯)，再用等离子体沉积法制备TCO层，得到钙钛矿太阳能电池。
分别将本发明实施例1～4提供的钙钛矿太阳能电池自组装后形成大面积钙钛矿电池；经测试，光电转换效率分别为：11.6％、10.7％、13％、12.5％。
综上，本发明提供的钙钛矿太阳能电池为带有对电极的微球状结构，对入射光的角度没有要求，可以拓展其应用领域，并且将其自组装后形成的大面积钙钛矿电池的光电转换效率高，具有广阔的应用前景。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种钙钛矿太阳能电池，包括：
球状钙钛矿层；
包覆所述球状钙钛矿层的TCO层；
从球心向外延伸出球状钙钛矿层并穿过TCO层的柱状电极结构；
所述柱状电极结构由金属电极芯层和并排设置在所述金属电极芯层侧面的第一载流子传输层与绝缘层组成；
所述第一载流子传输层完全包覆在球状钙钛矿层内部，所述绝缘层将所述金属电极芯层与TCO层完全隔开。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述球状钙钛矿层的半径R为300nm～350μm；所述TCO层的厚度为半径R的0.1％～30％。
3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述柱状电极结构的直径为100nm～500μm，其中，所述载流子传输层与绝缘层的厚度均为5nm～100nm。
4.根据权利要求1～3任一项所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述球状钙钛矿层和TCO层之间还设有第二载流子传输层；所述第二载流子传输层的类型与所述第一载流子传输层不同。
5.一种权利要求1～3任一项所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
a)将导电材料形成金属电极芯层，并在所述金属电极芯层侧面并排依次沉积第一载流子传输层与绝缘层，得到柱状电极结构；
b)将步骤a)得到的柱状电极结构沉积第一载流子传输层的一端浸入钙钛矿材料溶液中进行成核生长，在端部形成微球状的钙钛矿结构；然后在形成的微球状的钙钛矿结构表面制备TCO层，得到钙钛矿太阳能电池。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)具体为：
a1)在平面金属层状结构表面沉积至少两层光刻胶；用激光在光刻胶上打出孔洞，孔洞深度至平面金属层状结构表面；然后用电镀法在孔洞中生长导电材料，形成金属电极芯层；
a2)用洗液清洗掉第一层光刻胶，沉积一层半导体材料，形成第一载流子传输层；再用洗液清洗掉第二层光刻胶，沉积一层绝缘层材料，形成绝缘层，得到柱状电极结构。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤a1)中所述导电材料选自金、银、铜、铁、铝、镉、钼、钛、锡、钨、锌、镓、锗、砷、硒、铑、钯、铟、锑、锇、铱、铂、铊、铋和钋中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤a2)中所述半导体材料为N型半导体材料或P型半导体材料；所述N型半导体材料选自TiO2、富勒烯、石墨烯、SnO2和ZnO中的一种或多种；所述P型半导体材料选自NiOx、Cu2O、CuI、PTAA和CuSCN一种或多种；
所述绝缘层材料选自SiO2、Si3N4、氧化铍、氮化硼、氮化铝、氧化铝和硼酸锡钡中的一种或多种。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述钙钛矿材料溶液由钙钛矿前驱体材料与有机溶剂配制而成；
所述成核生长的条件为：烘烤加热或微波加热，加热温度为80℃～200℃。
10.根据权利要求5～9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b)还包括：
在端部形成微球状的钙钛矿结构后，首先在形成的微球状的钙钛矿结构表面沉积第二载流子传输层，再制备TCO层，得到钙钛矿太阳能电池。
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