液體太陽能電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種液體太陽能電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]能源危機(jī)是當(dāng)前世界各國面臨的重大難題，開發(fā)可再生能源是緩解該問題的有效途徑。在眾多可再生能源中，太陽能因其具有資源豐富、分布廣泛、清潔干凈等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞。光伏發(fā)電是開發(fā)太陽能的一種主要形式，其原理是利用光生伏特效應(yīng)制成光伏電池，將太陽的光能轉(zhuǎn)換成電能。光伏電池主要分為硅、銅銦砸、砷化鎵、碲化鎘以及聚合物光伏電池等。現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)的薄膜太陽能電池存在轉(zhuǎn)換效率低、穩(wěn)定性差、生產(chǎn)成本比較高等缺點(diǎn)。要想改變以上缺點(diǎn)，可以通過提高薄膜的制備工藝和技術(shù)參數(shù)，或者提高光的利用效率。第一種方法面臨研發(fā)周期長(zhǎng)、成本高、技術(shù)困難等問題，因此，提高光的利用效率是提高轉(zhuǎn)換效率的重要手段，顯得十分必要。要想提高太陽光的利用率，可以通過提高薄膜對(duì)太陽光的吸收率，而增加薄膜的厚度可以做到這點(diǎn)。但是，薄膜厚度越厚，勢(shì)必會(huì)降低太陽能電池的穩(wěn)定性，同時(shí)也會(huì)增加光生載流子的復(fù)合率，降低轉(zhuǎn)換效率。由于納米線(納米鏈)具有一系列薄膜所不具備的性質(zhì)，例如其具有對(duì)光高的吸收率、低的復(fù)合率，此外在納米線(納米鏈)的一端具有較強(qiáng)的電場(chǎng)(類似于針尖附近的電場(chǎng))，因此對(duì)光生載流子具有較高的搜集效率。因此制備出高質(zhì)量的、具備特定的織構(gòu)、較低的缺陷、較高的純度(高的主相比例)的納米線(納米鏈)是提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的有效手段。因此，如何制備出具有特定織構(gòu)、高純度的太陽能電池納米線(納米鏈)就顯得十分必要。
[0003]目前納米線及其制備方法的不足之處:
[0004]目前制備納米線的方法主要包水熱法，電化學(xué)法，溶膠-凝膠法，直接沉淀法，氣相沉積法。不管哪種方法，都很難獲得具有特定取向的納米線，而且制備過程比較復(fù)雜。
[0005]此外，將納米線做成太陽能電池存在一些缺陷，例如由于納米線比較細(xì)，如何將電極與納米線連接起來傳輸光生載流子是比較麻煩的事情；其二，如果納米線由于某些原因斷掉了，整個(gè)太陽能電池就報(bào)廢，必須重新做一個(gè)樣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；其三、納米線太陽能電池一旦做好，形狀、結(jié)構(gòu)都是不可改變的，光伏效應(yīng)也就不可調(diào)控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)可變、光伏效應(yīng)可調(diào)控的液體太陽能電池及其制備方法。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0008]—種液體太陽能電池的制備方法，該方法按以下步驟進(jìn)行:
[0009]步驟I)制備電極
[0010]取基片，以及用于覆蓋基片的圍壁，所述圍壁包括側(cè)壁、頂壁，在頂壁的下表面制備上電極；
[0011]步驟2)制備容器
[0012]將圍壁固定在基片上，得到密封結(jié)構(gòu)的容器；
[0013]步驟3)制備液體太陽能電池
[0014]取核殼結(jié)構(gòu)納米微粒、親油性表面活性劑、油性基液，所述核殼結(jié)構(gòu)納米微粒的核心為磁性微粒，核殼結(jié)構(gòu)納米微粒的包殼為鐵電性微粒，將核殼結(jié)構(gòu)納米微粒、親油性表面活性劑、油性基液均勻混合，得到磁電性液體，將磁電性液體加入容器中，得到液體太陽能電池。
[0015]為了在光照時(shí)能夠得到較大的光電流，優(yōu)選地，所述容器的厚度既小于容器長(zhǎng)度的1/5，又小于容器寬度的1/5，形成片狀結(jié)構(gòu)的容器。
[0016]為了減輕圍壁的重量、厚度，且保證其絕緣性能，優(yōu)選地，所述圍壁的材料采用塑料。
[0017]為了便利地將圍壁固定在基片上，優(yōu)選地，步驟2)中，所述圍壁粘接固定在基片上。
[0018]為了保證基液在烘烤時(shí)不會(huì)燃燒，優(yōu)選地，步驟3)中，所述油性基液為硅油、十二烷基苯、聚丁烯油中的至少一種。
[0019]為了保證表面活性劑的親油性能，優(yōu)選地，步驟3)中，所述親油性表面活性劑為油酸。
[0020]為了將核殼結(jié)構(gòu)納米微粒、親油性表面活性劑、油性基液均勻混合，優(yōu)選地，步驟3)中，核殼結(jié)構(gòu)納米微粒、親油性表面活性劑、油性基液的混合方法為:首先，將核殼結(jié)構(gòu)納米微粒與親油性表面活性劑均勻混合，然后，將核殼結(jié)構(gòu)納米微粒、親油性表面活性劑的混合物加入油性基液中，然后，將核殼結(jié)構(gòu)納米微粒、親油性表面活性劑、油性基液的混合物裝進(jìn)密封瓶?jī)?nèi)，最后，將密封瓶放在搖床上進(jìn)行搖動(dòng)，使核殼結(jié)構(gòu)納米微粒均勻的分散到油性基液中。
[0021 ] 為了將磁電性液體加入容器中，優(yōu)選地，步驟3)中，所述磁電性液體用注射器注入容器中。
[0022]優(yōu)選地，所述磁性微粒為CFO納米微粒，所述鐵電性微粒為BTO納米微粒。
[0023]一種液體太陽能電池，包括容器，該容器包括基片、圍壁，所述圍壁由側(cè)壁、頂壁組成，所述圍壁固定在基片上形成密封結(jié)構(gòu)的容器，所述頂壁的下表面設(shè)有上電極，所述基片的上表面設(shè)有下電極，所述容器內(nèi)裝滿磁電性液體，所述磁電性液體由核殼結(jié)構(gòu)納米微粒、親油性表面活性劑、油性基液混合組成，所述核殼結(jié)構(gòu)納米微粒的核心為磁性微粒，核殼結(jié)構(gòu)納米微粒的包殼為鐵電性微粒。
[0024]目前研究的鐵電太陽能電池都是固態(tài)，液態(tài)的鐵電太陽能電池還未見報(bào)道。這是因?yàn)?，?dāng)鐵電材料處于液化狀態(tài)的時(shí)候，溫度一般都高于其鐵電居里溫度，此時(shí)鐵電材料已經(jīng)失去鐵電性了。因此，我們?cè)趪H上首次提出“液體太陽能電池”這個(gè)概念，并給出了其制備方法。
[0025]不過，我們這里所謂的液體太陽能電池，并非是指嚴(yán)格意義上的“液態(tài)”太陽能電池(物質(zhì)處于液態(tài)的溫度都高于其居里溫度，所以目前還沒有液態(tài)的鐵電性材料)，而是指由粒徑在1nm左右的具有鐵電性的微粒均勾分散在基液中(fluid carrier)，通過吸附離子(電荷排斥力)或在表面帶上長(zhǎng)鏈分子(位力排斥)達(dá)到抗團(tuán)聚而形成穩(wěn)定的膠體體系，之后對(duì)微粒施加磁場(chǎng)，使得微粒成為鏈狀，用電極與納米線連接，就構(gòu)成了太陽能電池。
[0026]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0027]1、鐵電微粒具有可流動(dòng)性，其形態(tài)是無定形的，因此，液體太陽能電池結(jié)構(gòu)可變、光伏效應(yīng)可調(diào)控，使用范圍廣泛。
[0028]2、在磁場(chǎng)作用下，具有鐵電性的微粒能夠發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，而且由于在液體中，所以其矯頑場(chǎng)會(huì)比較小，由于布朗運(yùn)動(dòng)，在磁場(chǎng)下的轉(zhuǎn)向更容易。在固體中需要施加相對(duì)較大的電場(chǎng)才能讓改變極化方向，電場(chǎng)太大容易造成樣品被擊穿。
[0029]3、在電場(chǎng)作用下，固態(tài)鐵電材料中電疇的取向只能沿著接近于電場(chǎng)方向的某些取向，并不一定沿著電場(chǎng)方向，而對(duì)于鐵電性液體而言，由于鐵電微?？梢栽谝后w中自由轉(zhuǎn)動(dòng)，因此其電疇的取向可以完全沿著磁場(chǎng)方向。
【附圖說明】
[0030]圖1為容器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2為普通狀態(tài)下，液體太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖3為施加豎直方向磁場(chǎng)時(shí)，液體太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖4為CFO-BFO核殼結(jié)構(gòu)的TEM圖；
[0034]圖5為光照-不光照下電池結(jié)構(gòu)的1-V曲線。
[0035]附圖中，I為下電極，2為圍壁，3為核殼結(jié)構(gòu)納米微粒，4為基液，5為鐵電納米鏈，6為上電極。
【具體實(shí)施方式】
[0036]由于鐵電太陽能電池一般由下電極、鐵電薄膜、上電極，三個(gè)部分組成的三明治結(jié)構(gòu)。因此，我們這里用具有鐵電性的液體取代傳統(tǒng)的鐵電薄膜層。通過施加外場(chǎng)改變鐵電液體中微粒的狀態(tài)結(jié)構(gòu)，從而調(diào)控鐵電太陽能電池的結(jié)構(gòu)。
[0037]相對(duì)于電場(chǎng)來說，用磁場(chǎng)來驅(qū)動(dòng)具有一定的優(yōu)勢(shì):磁場(chǎng)是一種非接觸場(chǎng)?？梢詫?shí)現(xiàn)小型化、遠(yuǎn)程控制，不需要接觸就不需要導(dǎo)線、此外，用磁場(chǎng)來驅(qū)動(dòng)不存在樣品被擊穿的可能性。用磁鐵這樣的磁場(chǎng)，相對(duì)于磁場(chǎng)來說，節(jié)約了電能。
[0038]然而，一般的鐵電微粒沒有磁性，用磁場(chǎng)顯然是無法控制微粒運(yùn)動(dòng)情況的。因此，我們通過在磁性微粒的表面包裹一層鐵電性層，這樣就得到磁性為核，鐵電性為殼的復(fù)合材料。
[0039]參見圖2、圖3，液體太陽能電池的一種較佳的實(shí)施例，包括容器，該容器包括基片、圍壁，所述圍壁由側(cè)壁、頂壁組成，所述圍壁固定在基片上形成密封結(jié)構(gòu)的容器，所述頂壁的下表面設(shè)有上電極，所述基片的上表面設(shè)有下電極，所述容器內(nèi)裝滿磁電性液體，所述磁電性液體由核殼結(jié)構(gòu)納米微粒、親油性表面活性劑、油性基液混合組成，所述核殼結(jié)構(gòu)納米微粒的核心為磁性微粒，核殼結(jié)構(gòu)納米微粒的包殼為鐵電性微粒。
[0040]本專利中的上電極、下電極進(jìn)針對(duì)附圖中的方位而言，在實(shí)際當(dāng)中可以為前后電極、或者左右電極等。由于我們將具有鐵電性的納米微粒均勻分散在基液中形成所謂的鐵電性液體，因此，為了能夠?qū)﹁F電性液體的鐵電性進(jìn)行表征，就需要對(duì)鐵電性液體施加磁場(chǎng)，使得液體中的鐵電性微粒被極化。因此，基液就應(yīng)該選擇導(dǎo)電性很差的液體，比如接近于絕緣的油脂類，此外還應(yīng)具有其他一些性能:擊穿強(qiáng)度高，介質(zhì)損耗角正切小，絕緣電阻率高，相對(duì)介電常數(shù)??；其次是具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性能。如汽化溫度高，閃點(diǎn)高，盡量難燃或不燃；凝固點(diǎn)低，合適的粘度和粘度-溫度特性；熱導(dǎo)率大，比熱容大；熱穩(wěn)定性好，耐氧化；在磁場(chǎng)作用下吸氣性??；它和與之接觸的固體材料之間的相容性要好；毒性低、易生物降解。還要求來源廣、價(jià)格低。如供高溫下使用的硅油以及十二烷基苯、聚丁烯油等)。然后，在基液中加入一定量的表面活性劑，之后將鐵電微粒放入基液中，搖動(dòng)，或者超聲波振動(dòng)使之均勻。最后沿著兩個(gè)對(duì)應(yīng)的電極方向施加磁場(chǎng)，使得微粒形成納米鏈，并且與兩個(gè)電極相連。就形成了太陽能電池。通過控制磁場(chǎng)的大小、方向，就得到不同的結(jié)構(gòu)。
[0041]參見圖1至圖3，液體太陽能電池的制備方法的一種較佳的實(shí)施例:
[0042]步驟I)制備電極
[0043]以脈沖激光沉積法為例，也可以是其它方法，例如磁控濺射、溶膠-凝膠法等。以La0.7Sr0.3Μη03作為下電極為例，也可以采用