一种钙钛矿太阳能电池的柱状电极结构的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池的柱状电极结构的制备方法，包括以下步骤：其首先在平面金属表面刻蚀掉预留位置外的金属材料，得到初始柱状电极结构；再在所述初始柱状电极结构表面沉积第一载流子传输层，得到柱状电极结构；本申请利用激光刻蚀的方法制备了初始柱状电极结构，再利用表面沉积的方法，沉积了第一载流子传输层，由此得到的柱状电极结构；该方法能够在纤细的电极芯层表面加工出利于沉积载流子传输层的位置，最终制备得到柱状电极结构，由此制备的钙钛矿电池具有较高的光电转换效率。换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池的柱状电极结构的制备方法


[0001]本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池
，尤其涉及钙钛矿太阳能电池的柱状电极结构的制备方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]钙钛矿层在接受太阳光照射时，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。
[0004]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的金属电极部分多为平面结构，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。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题在于提供一种钙钛矿太阳能电池的柱状电极结构的制备方法，该制备方法可制备柱状电极，以提高钙钛矿电池的光电转换效率，具有广阔的应用前景。
[0006]有鉴于此，本申请提供了一种钙钛矿太阳能电池的柱状电极结构的制备方法，包括以下步骤：
[0007]在平面金属表面刻蚀掉预留位置外的金属材料，得到初始柱状电极结构；
[0008]在所述初始柱状电极结构表面沉积第一载流子传输层，得到柱状电极结构；
[0009]所述柱状电极结构包括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。
[0010]优选的，所述第一载流子传输层与所述金属电极芯层的长度相同，或所述第一载流子传输层的高度低于所述金属电极芯层的高度。
[0011]优选的，所述柱状电极结构中还包括与所述第一载流子传输层并排且与所述金属电极芯层接触的绝缘层；或，所述柱状电极结构中还包括与所述第一载流子传输层依次并排排列且与所述金属电极芯层接触的绝缘层、第二载流子传输层。
[0012]优选的，在所述柱状电极结构中还包括与所述第一载流子传输层并排且与所述金
属电极芯层接触的绝缘层时，在所述初始柱状电极结构表面沉积第一载流子传输层之后还包括：
[0013]在平面金属表面刻蚀掉预留位置外的金属材料，再沉积绝缘层。
[0014]优选的，所述第一载流子传输层中的半导体材料为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NiO
x
、Cu2O、CuI、PTAA和CuSCN一种或多种。
[0015]优选的，所述金属材料选自金、银、铜、铁、铝、镉、钼和钛中的一种或多种。
[0016]优选的，所述绝缘层的材料选自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。
[0017]优选的，所述柱状电极结构的直径为100nm～500μm，所述第一载流子传输层与绝缘层的厚度均为5nm～100nm。
[0018]优选的，所述刻蚀的方法为激光刻蚀，所述沉积的方法选自气相沉积或原子层沉积。
[0019]本申请提供了一种钙钛矿太阳能电池的柱状电极结构的制备方法，包括以下步骤：其首先在平面金属表面刻蚀掉预留位置外的金属材料，得到初始柱状电极结构；再在所述初始柱状电极结构表面沉积第一载流子传输层，得到柱状电极结构；本申请利用激光刻蚀的方法制备了初始柱状电极结构，再利用表面沉积的方法，沉积了第一载流子传输层，由此得到的柱状电极结构；该方法能够在纤细的电极芯层表面加工出利于沉积载流子传输层的位置，最终制备得到柱状电极结构，由此提高了钙钛矿电池的光电转换效率。
附图说明
[0020]图1为本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
[0021]图2为本专利技术提供的柱状电极结构示意图。
具体实施方式
[0022]为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。
[0023]如图1所示，图1为本专利技术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；在某些实施例中，1、2构成柱状电极结构，在某些实施例中，1～3构成了本申请的所述的柱状电极结构。
[0024]具体的，本申请所述柱状电极结构的制备方法，包括以下步骤：
[0025]在平面金属表面刻蚀掉预留位置外的金属材料，得到初始柱状电极结构；
[0026]在所述初始柱状电极结构表面沉积第一载流子传输层，得到柱状电极结构；
[0027]所述柱状电极结构包括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。
[0028]在本申请中，所述第一载流子传输层与所述金属电极芯层的长度相同，如图2中的右图；或，所述第一载流子传输层的高度低于所述第一金属电极芯层的高度，如图2中的左图。
[0029]在柱状电极结构中仅包括第一载流子传输层的方案中，所述柱状电极结构的第一步操作是在平面金属表面刻蚀掉预留位置外的金属材料，只保留剩余柱状部分；金属材料所处的位置即为第一载流子传输层的位置；再进行沉积。
[0030]在所述柱状导电结构中还包括绝缘层和第二载流子传输层的方案中，包括与第一载流子传输层并排的绝缘层，或，还包括依次与第一载流子传输层并排的绝缘层和第二载流子传输层，还可根据实际需要，比如球状叠层电池或球状多结电池，在上述第二载流子传输层的基础上更依次设置有绝缘层、第三载流子传输层
·····
。
[0031]按照上述说明，在柱状电极结构中仅包括第一载流子传输层和绝缘层的基础上，所述柱状电极结构的制备方法具体为：在平面金属表面刻蚀掉预留位置外的金属材料，金属材料所处的位置即为第一载流子传输层的位置；再沉积第一载流子传输层；然后再在平面金属表面刻蚀掉预留位置外的金属材料，此时的金属材料所述的位置即为与第一载流子传输层并排的绝缘层，最后沉积绝缘层。
[0032]在柱状电极结构中包括第一载流子传输层、绝缘层和第二载流子传输层的方案中，所述柱状电极结构的制备方法具体位置：在平面金属表面刻蚀掉预留位置外的金属材料，金属材料所处的位置即为第一载流子传输层的位置；再沉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池的柱状电极结构的制备方法，包括以下步骤：在平面金属表面刻蚀掉预留位置外的金属材料，得到初始柱状电极结构；在所述初始柱状电极结构表面沉积第一载流子传输层，得到柱状电极结构；所述柱状电极结构包括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。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一载流子传输层与所述金属电极芯层的长度相同，或所述第一载流子传输层的高度低于所述金属电极芯层的高度。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述柱状电极结构中还包括与所述第一载流子传输层并排且与所述金属电极芯层接触的绝缘层；或，所述柱状电极结构中还包括与所述第一载流子传输层依次并排排列且与所述金属电极芯层接触的绝缘层、第二载流子传输层。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述柱状电极结构中还包括与所述第一载流子传输层并排且与所述金属电极芯层接触的绝缘层时，在所述初始柱状电极结构表面沉积第一载流子传输层之后还包括：在平面金属表面刻蚀...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖平，熊继光，许世森，赵志国，王力军，徐越，秦校军，刘家梁，李梦洁，黄斌，汪强，赵东明，冯笑丹，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：