纳米链太阳能电池的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种纳米链太阳能电池的制备方法。
【背景技术】
[0002]能源危机是当前世界各国面临的重大难题，开发可再生能源是缓解该问题的有效途径。在众多可再生能源中，太阳能因其具有资源丰富、分布广泛、清洁干净等优点而备受青睐。光伏发电是开发太阳能的一种主要形式，其原理是利用光生伏特效应制成光伏电池，将太阳的光能转换成电能。光伏电池主要分为硅、铜铟砸、砷化镓、碲化镉以及聚合物光伏电池等。现有工业生产的薄膜太阳能电池存在转换效率低、稳定性差、生产成本比较高等缺点。要想改变以上缺点，可以通过提高薄膜的制备工艺和技术参数，或者提高光的利用效率。第一种方法面临研发周期长、成本高、技术困难等问题，因此，提高光的利用效率是提高转换效率的重要手段，显得十分必要。要想提高太阳光的利用率，可以通过提高薄膜对太阳光的吸收率，而增加薄膜的厚度可以做到这点。但是，薄膜厚度越厚，势必会降低太阳能电池的稳定性，同时也会增加光生载流子的复合率，降低转换效率。由于纳米线(纳米链)具有一系列薄膜所不具备的性质，例如其具有对光高的吸收率、低的复合率，此外在纳米线(纳米链)的一端具有较强的电场(类似于针尖附近的电场)，因此对光生载流子具有较高的搜集效率。因此制备出高质量的、具备特定的织构、较低的缺陷、较高的纯度(高的主相比例)的纳米线(纳米链)是提高太阳能电池光电转换效率的有效手段。因此，如何制备出具有特定织构、高纯度的太阳能电池纳米线(纳米链)就显得十分必要。
[0003]目前纳米线及其制备方法的不足之处:
[0004]目前制备纳米线的方法主要包水热法，电化学法，溶胶-凝胶法，直接沉淀法，气相沉积法。不管哪种方法，都很难获得具有特定取向的纳米线，而且制备过程比较复杂。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有特定取向的纳米链太阳能电池的制备方法。
[0006]本发明的目的是这样实现的
[0007]—种纳米链太阳能电池的制备方法，该方法按以下步骤进行:
[0008]步骤I)制备电极
[0009]取耐高温材料制成的基片，以及用于覆盖基片的围壁，所述围壁包括侧壁、顶壁，所述围壁的燃烧/分解温度低于铁电材料的燃烧/分解温度，在基片的上端面制备下电极，在顶壁的下表面制备上电极；
[0010]步骤2)制备容器
[0011]将围壁固定在基片上，得到密封结构的容器；
[0012]步骤3)制备磁电性液体
[0013]取核壳结构纳米微粒、亲油性表面活性剂、油性基液，所述核壳结构纳米微粒的核心为磁性微粒，核壳结构纳米微粒的包壳为铁电性微粒，将核壳结构纳米微粒、亲油性表面活性剂、油性基液均匀混合，得到磁电性液体，将磁电性液体加入容器中；
[0014]步骤4)制备纳米链太阳能电池
[0015]对容器施加磁场，得到沿着磁场方向的铁电纳米链，施加磁场的同时烘烤容器，烘干油性基液、亲油性表面活性剂之后煅烧容器，至少燃烧/分解掉容器的围壁顶壁后，得到纳米链太阳能电池。
[0016]为了在光照时能够得到较大的光电流，优选地，所述容器的厚度既小于容器长度的1/5，又小于容器宽度的1/5，形成片状结构的容器。
[0017]为了在较低的温度下燃烧掉围壁，优选地，所述围壁的材料采用塑料。
[0018]为了便利地将围壁固定在基片上，优选地，步骤2)中，所述围壁粘接固定在基片上。
[0019]为了保证基液在烘烤时不会燃烧，优选地，步骤3)中，所述油性基液为硅油、十二烷基苯、聚丁烯油中的至少一种。
[0020]为了保证表面活性剂的亲油性能，优选地，步骤3)中，所述亲油性表面活性剂为油酸。
[0021]为了将核壳结构纳米微粒、亲油性表面活性剂、油性基液均匀混合，优选地，步骤3)中，核壳结构纳米微粒、亲油性表面活性剂、油性基液的混合方法为:首先，将核壳结构纳米微粒与亲油性表面活性剂均匀混合，然后，将核壳结构纳米微粒、亲油性表面活性剂的混合物加入油性基液中，然后，将核壳结构纳米微粒、亲油性表面活性剂、油性基液的混合物装进密封瓶内，最后，将密封瓶放在摇床上进行摇动，使核壳结构纳米微粒均匀的分散到油性基液中。
[0022]为了将磁电性液体加入容器中，优选地，步骤3)中，所述磁电性液体用注射器注入容器中。
[0023]为了得到竖直方向的铁电纳米链，优选地，步骤4)中，沿竖直方向施加磁场，得到竖直方向的铁电纳米链。
[0024]为了方便烧蚀掉围壁，优选地，步骤4)中，烘干油性基液、亲油性表面活性剂之后去掉磁场，然后煅烧容器。
[0025]由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果:
[0026]1、制备方法简单，只需要将具有铁电性的微粒分散在一定的基液里面，形成铁电性液体。对铁电液体施加磁场使得铁电微粒形成链状。
[0027]2、在磁场作用下，具有铁电性的微粒能够发生转动，而且由于在液体中，所以磁场会比较小，由于布朗运动，在磁场下的转向更容易。在固体中需要施加相对较大的电场才能让改变极化方向，电场太大容易造成样品被击穿。
[0028]3、通过改变磁场的大小、方向、梯度大小，就可以很容易的调控铁电纳米链的长短粗细。
[0029]4、磁场是非接触的场，具有远程控制的能力，可以使得仪器小型化。集成化。不需要电源，节省能量。
【附图说明】
[0030]图1为本发明实施例步骤2)的示意图；
[0031]图2为本发明实施例步骤3)第3步的示意图；
[0032]图3为本发明实施例步骤4)第I步的示意图；
[0033]图4为本发明实施例步骤4)第2步的示意图；
[0034]图5为BTO粉末的透射电镜图；
[0035]图6为光照-不光照下电池结构的1-V曲线。
[0036]附图中，I为下电极，2为围壁，3为核壳结构纳米微粒，4为基液，5为铁电纳米链，6为上电极。
【具体实施方式】
[0037]实施例
[0038]步骤I)制备电极
[0039]以脉冲激光沉积法为例，也可以是其它方法，例如磁控溅射、溶胶-凝胶法等。以La0.7Sr0.3Μη03作为下电极为例，也可以采用其它材料，例如导电氧化物ΙΤ0，La 0.5Sr0.50)03等或者金属，Au，Pt，Ag等。首先在SrT13基片(当然也可以是其它类型的基片，硅片、玻璃等)分别在丙酮、酒精中用超声波进行清洗，晾干；用砂纸将基片台进行打磨，并清洗干净，将晾干的基片用导热银胶粘在基片台上，然后根据所需要电极的形状、大小、个数用相应的掩膜版挡住基片。晾干后放入腔体中加热台上，开始抽真空。待气压抽到10 4Pa时，开始加热基片台。注意应缓慢加热，一般加热到700°C需要90分钟左右。达到目标温度后，用挡板将基片挡住，并通入所需气体到一定压强。设定激光的能量和频率参数，进行预溅射以去掉Laa7Sra3MnO3薄膜(这里以Laa7Sra3MnO3:简写为LSMO为例作为测量光伏效应的下电极，也可以选择其他导电薄膜)表面的污物，使薄膜露出新鲜的表面，预溅射时间一般为2?5分钟；预溅射过程中，调整激光光路、靶距等参数，以使羽辉末端与基片台相切。转动基片台及薄膜，并使激光在X、Y方向来回扫描；待温度、气压稳定之后，移开挡板，进行沉积。根据所需的薄膜厚度选择合适的沉积时间，沉积结束之后，按照需要充入一定的气体并缓慢降温。
[0040]取用于覆盖基片的围壁，所述围壁包括侧壁、顶壁，所述围壁的燃烧/分解温度低于铁电材料的燃烧/分解温度，围壁的材料采用有机物薄片(或者其它材料做的薄膜，此材料必须分解温度较低，低于铁电材料，最好控制在500度以下)，本实施例中围壁采用塑料片制成，在顶壁的下表面制备上电极。上电极可以通过在表面平整的顶壁上喷金、喷银等金属，或者用匀胶机旋涂上金、银等金属制备，或者用其他的方法制备上电极也可以。在实际制备过程中，可以根据需要制备任意形状、任意尺寸、任意个数的上电极。
[0041]步骤2)制备容器
[0042]如图1所示，将围壁通过AB胶、502胶水等，从四周和顶部覆盖粘接到基片上，得到薄片状容器，容器的长和宽都远大于厚。其目的是为了构成“薄片状”。如果容器太厚的话，容器的体积就会比较大，其中装的磁电性液体就会比较多，最后得到的铁电纳米链的厚度就比较厚。铁电材料的厚度越厚，光不能完全穿透，得到的光生载流子就比较少。另外，铁电层太厚的话，光生载流子复合的就越多，所得到的光生电流就很小。例如长和宽都为lcm，厚度为1_。容器也可以通过其它方法加工。
[0043]步骤3)制备磁电性液体
[0044]第I步:CF0-BT0磁-电核壳结构磁性微粒的制备:
[0045]制备具有强磁性的钻铁氧体(CFO)纳米微粒:
[0046]例如，将FeCl3.6H20 (0.04mol, 10mL)与 Co (NO3) 2.6H20 (0.02mol, 10mL)混合，加入Na0H(0.35mol，500mL)，然后将混