[发明专利]一种有效延长续航能力的太阳能电池的制备方法

说明书

本发明涉及一种有效延长续航能力的太阳能电池的制备方法，属于材料制备及太阳能电池领域。利用飞秒光纤激光器在镍带上形成微纳光学结构，所述微纳光学结构呈尖锥状微纳光学结构，尖锥高度在8‑13微米，间隔在4‑8微米；空气中高温氧化，在镍带上形成纳米粒子氧化镍层；制备小于1nm的超薄氧化铝钝化层；光阴极的敏化及电池的组装。本专利方法制备的纳米粒子氧化镍层作为太阳能电池的光阴极，并结合超薄氧化铝钝化层，用于提高电池效率、延长电池续航。

技术领域

本发明涉及一种有效延长续航能力的太阳能电池的制备方法，属于材料制备及太阳能电池领域。

背景技术

染料敏化太阳能电池(DSCs)由于具有制备简单、廉价高效的优点被广泛研究；虽然n-型DSCs(以n-型半导体作为染料载体)的转化效率(η)已达到了12％，但还是远低于理论效率的30％；pn型DSCs可以突破传统n-型DSCs的转化效率，pn型DSCs结构是在电池内部，光阳极和光阴极内部串联，其开路电压理论上为n-型和p型DSCs开路电压之和，短路电流取决于光阳极和光阴极电流最小者，因此要求光阳极和光阴极产生的光电流在数值上是匹配；在p-型DSCs中，p-型半导体电极一方面作为染料的载体，起着吸附染料的作用，另一方面又起着收集空穴的作用；目前p-型DSCs的短路电流普遍偏小，还无法和n型DSCs相匹配，导致了pn型DSCs的效率比较低，这是pn型DSCs存在的关键问题，发展p-型染料敏化太阳能电池的意义在于将其和n-型DSCs结合制作具有高理论转化效率的pn-型DSCs。

目前p-型DSCs常用氧化镍(NiO)制作p-型半导体电极，DSCs的NiO电极的制备方法大致可以分为物理法和化学法两类：(1)物理法，一般先制作含镍化合物的浆料，然后把浆料涂覆/沉积在导电玻璃上，空气中高温煅烧得到NiO电极，或利用溅射方法制备NiO薄膜；(2)化学法，通过水热的方法将镍的化合物原位沉积在导电玻璃上，空气中高温煅烧得到NiO电极；目前氧化镍电极制备存在的问题是如何得到具有一定厚度的致密的NiO薄膜，以便提高染料的吸附量，另外飞秒瞬态吸收光谱研究表明，空穴从染料注入到NiO是一个超快的过程，然而，空穴回传(由NiO回传到染料)的速度也非常快，如此快速的回传速度降低了电荷的分离效率，为了提高电荷的分离效率，一方面要提高空穴的注入速率，另一方面要减小空穴的回传速率。

发明内容

为此，本发明提出利用飞秒光纤激光器在镍带上形成微纳光学结构，然后在空气中高温氧化，在镍带上形成致密的纳米粒子氧化镍层，由于镍带表面的微纳光学结构，比表面积很大，导致染料吸附量增加；另外，由于纳米粒子氧化镍层是直接在镍带上氧化的，所以两者之间紧密接触，纳米粒子氧化镍层不会出现断裂，载流子的传输特性也好；为了降低空穴在NiO表面的复合，利用原子层沉积(ALD)技术在纳米粒子氧化镍层上制备超薄(小于1nm)氧化铝(氧化铝)钝化层，利用本专利方法制备的纳米粒子氧化镍层作为太阳能电池的光阴极，并结合超薄氧化铝钝化层，用于提高电池效率、延长电池续航。

本发明特点，利用在镍带表面微纳光学结构氧化形成与镍带衬底紧密结合的纳米粒子氧化镍层，再利用ALD沉积1-5个循环的氧化铝，用于提高太阳能电池的电流。

本发明提出一种新的光阴极材料的制备方法，即利用飞秒光纤激光器在镍带上形成微纳光学结构，然后在空气中高温氧化，在镍带上形成致密的纳米粒子氧化镍层；并结合超薄的致密氧化铝(氧化铝)钝化层，制备太阳能电池；由于镍带表面的微纳光学结构，比表面积很大，导致染料吸附量增加，另外，由于纳米粒子氧化镍层是直接在镍带上氧化的，所以两者之间紧密接触，纳米粒子氧化镍层不会出现断裂，载流子向电极的传输特性也好。并且超薄(小于1nm)氧化铝钝化层在降低NiO表面的电荷复合时，由于只有几个原子层，量子隧穿效应明显，以至于对电传输影响不大。

实现本发明的技术方案为：

第一步：利用飞秒光纤激光器在镍带上形成微纳光学结构，所述微纳光学结构呈尖锥状微纳光学结构，尖锥高度在8-13微米，间隔在4-8微米。