一种反蛋白石复合结构太阳能电池的制备方法技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术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。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。【专利说明】
本专利技术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。
技术介绍
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，Ti02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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术的技术方案是： -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lOOnm-lOOOnm、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°C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°C，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°C，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°C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，钼片作为对电极，Ag/AgCl2 作为参比电极，电解液组成为0. 25-0. 5mol/LCuS04 ·5Η20,3-4ι?ο1/1乳酸，pH = 9,在还原电 位为-〇. 25v?-〇. 45v，温度为50?60°C下，进行恒电位沉积氧化亚铜10_90min，得到反蛋 白石复合结构Ti02/Cu 20太阳能电池。 本专利技术的优点为： 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。 【专利附图】【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、镍片或镍铬本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：全凤岐，李春东，赵庆杞，张宏宇，于海俊，黄浩，杨轶，薛激光，王梦飞，和栩生，朱冰，丁艳波，邵千智，杜远卓，孙潇琳，
申请(专利权)人：辽宁电能发展股份有限公司，国网辽宁节能服务有限公司，沈阳工程学院，
类型：发明
国别省市：辽宁;21