一种调节太阳能电池吸收波长的方法及制备的太阳能电池技术

本发明专利技术提供了一种调节太阳能电池吸收波长的方法及制备的太阳能电池。该调节太阳能电池吸收波长的方法包括以下步骤：(1)将形状记忆合金附着于基础电池上(柔性钙钛矿太阳能电池)(2)通过改变温度使形状记忆合金发生预设的自动形变，以带动基础电池的吸光层产生形变，从而实现对太阳能电池吸收波长的调节。本发明专利技术提供的方案创造性地利用形状记忆合金的形状记忆效应和超弹性，对太阳能电池的禁带宽度进行自动调节，从而改变太阳能电池光学、电学、稳定性等功能特性。

Method for regulating absorption wavelength of solar cell and solar cell prepared by the same

The invention provides a method for regulating the absorption wavelength of a solar cell and a solar cell prepared by the same. The solar absorption wavelength method comprises the following steps: (1) the shape memory alloy based on the battery (attached to a flexible solar cell perovskite) (2) by automatically changing the temperature so that the deformation of shape memory alloy occurs preset, to drive the basic cell absorbing deformation of optical layer, so as to realize the regulation of solar absorption wavelength. The shape memory effect of shape memory alloy creative scheme provided by the invention and super elasticity, the band gap of the solar cell is automatically adjusted so as to change the solar cells, optical and electrical properties such as stability.

【技术实现步骤摘要】
一种调节太阳能电池吸收波长的方法及制备的太阳能电池
本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种调节太阳能电池吸收波长的方法及制备的太阳能电池。
技术介绍
随着当前世界工业的发展和人口的持续增长，全球能源需求也随之激增，可再生清洁能源的相关开发利用越来越受到人们的关注。近年来，太阳能电池作为一种可再生清洁能源的能量转化器件，已经逐渐得到了认可。钙钛矿作为一种新型光敏材料，由于具有成本低、制备简单、吸光性能优良和电子迁移率高等一系列优点，从2009年以来已经受到了越来越广泛的关注。随着新材料和新结构引入应用，钙钛矿太阳能电池的光电流转换效率不断提升，从3.8％增长到了22.1％，其效率已经初步与商业化的硅太阳能电池相当。但是，太阳光的波长范围为300nm-1400nm，钙钛矿光敏材料由于其禁带宽度限制，通常其波长吸收范围为400nm-800nm，主要集中在可见光范围，可见，钙钛矿太阳能电池对光能的利用效率并不理想。为了改善这种情况，研究人员在积极寻求各种解决方案。为了改变原子间距而调节材料的电学、光学、磁学、催化等物理和化学特性，技术人员通常采用晶格错配或者掺杂等方法实现材料的弹性应变工程。例如，在半导体领域通过晶格错配可以使硅中载流子迁移率提高50％，Pt-Cu二元合金纳米粒子由于晶格错配产生的应变可以提高其催化活性，TiO2材料通过其它元素掺杂提供内应力等提高催化活性。但是，这些方法大多制备困难，成本高昂，变形量比较小且难于控制，因此实际应用中限制因素较多，也难以在改善钙钛矿太阳能电池性能方面获得商业化的推广应用。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种调节太阳能电池吸收波长的方法。本专利技术的另一目的是提供一种可调节吸收波长的太阳能电池。本专利技术的又一目的是提供上述可调节吸收波长的太阳能电池的制备方法。为达到上述目的，本专利技术提供了一种调节太阳能电池吸收波长的方法，该方法包括以下步骤：将形状记忆合金附着于基础电池上，所述基础电池为柔性钙钛矿太阳能电池；通过改变温度使形状记忆合金发生预设的自动形变，以带动基础电池的吸光层产生形变，从而实现对太阳能电池吸收波长的调节。本专利技术提供的方案创造性地利用形状记忆合金的形状记忆效应和超弹性，对太阳能电池的禁带宽度进行自动调节。这是弹性应变工程在太阳能电池领域应用的创造性探索，也为形状记忆合金薄膜材料的功能化改进提供了一种新思路和新方法。在上述调节太阳能电池吸收波长的方法中，优选地，所述形状记忆合金在附着前已经通过变形和记忆处理完成了形变设定；或者，所述形状记忆合金是在附着于基础电池后，再通过形变和记忆处理，完成形变设定。在上述调节太阳能电池吸收波长的方法中，优选地，所述形状记忆合金附着于柔性钙钛矿太阳能电池的对电极层。本专利技术还提供了一种可调节吸收波长的太阳能电池，其中，该太阳能电池包括基础电池和形状记忆合金，所述基础电池的至少一面附着有可直接或间接带动基础电池的吸光层产生形变的形状记忆合金；所述基础电池为柔性钙钛矿太阳能电池。在上述可调节吸收波长的太阳能电池中，“附着”并不意味着形状记忆合金必须和钙钛矿太阳能电池进行直接接触固定，通过辅助层或辅助结构进行间接的接触固定都可以。另外，辅助层可以是增加二者粘接或固定强度的材料层。在上述可调节吸收波长的太阳能电池中，由于柔性钙钛矿太阳能电池本身具有一定的延展/收缩性能，因此基本上都能够适用于本专利技术。较优的方案是，钙钛矿太阳能电池的各层最好选用延展/收缩性能较好的材料，尤其是能与形状记忆合金的形变范围相适配的材料。对于温度的控制，可以采用纯自然方式(昼夜温差)，当然必要时也可进行人工调控。在上述可调节吸收波长的太阳能电池中，优选地，所述形状记忆合金为双程形状记忆合金；进一步优选为Ti-Ni基合金。更优选地，所述Ti-Ni基合金包括TiNi合金、TiNiFe合金、TiNiNb合金、TiNiCu合金或TiNiPd合金。形状记忆合金的相变温度最好适中，避免会对太阳能电池的稳定性和寿命带来不利影响。在上述可调节吸收波长的太阳能电池中，优选地，所述记忆合金具有预设的2％-10％的拉伸形变量或收缩形变量。这个范围的形变量是大多数柔性钙钛矿太阳能电池能够承受的范围，而且能够对禁带宽度进行高效调节。在上述可调节吸收波长的太阳能电池中，优选地，所述形状记忆合金附着于柔性钙钛矿太阳能电池的对电极层；所述对电极层为非金属电极。进一步优选地，所述非金属电极包括石墨烯电极；所述石墨烯电极为金属掺杂的石墨烯电极；所述掺杂金属为Au或Pt。更优选地，所述金属掺杂的石墨烯电极中，金属的掺杂量为1-3at％。将金属掺杂的石墨烯电极作为钙钛矿太阳能电池的对电极使用时，与金属电极相比，具有以下优势：在保证对电极导电能力的情况下，可大大降低材料的成本，同时又增加了钙钛矿太阳能电池的柔性，因此，更便于钙钛矿太阳能电池与形状记忆合金紧密结合并产生拉伸压缩形变。在上述可调节吸收波长的太阳能电池中，优选地，所述柔性钙钛矿太阳能电池包括基底层、导电层、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和对电极层。在本专利技术提供的一种优选实施方式中，所述基底层为PET材料，所述导电层为ITO材料，所述电子传输层为致密TiO2材料，所述钙钛矿吸光层为CH3NH3PbCl3材料，所述空穴传输层为Spiro-OMeTAD材料，所述对电极层为金属掺杂的石墨烯材料。本专利技术另提供了上述可调节吸收波长的太阳能电池的制备方法，其中，该方法是采用磁控溅射沉积法在基础电池的预设部位上沉积形状记忆合金材料；然后对形状记忆合金进行变形和记忆处理，从而获得可调节吸收波长的太阳能电池。在上述可调节吸收波长的太阳能电池的制备方法中，优选地，所述对形状记忆合金进行变形和记忆处理具体包括以下步骤：(1)在加热环境下将形状记忆合金拉伸处理，使形状记忆合金达到第一形变量，此状态被所述形状记忆合金记忆为第一状态；此时，基础电池在形状记忆合金的带动下也产生相应的拉伸形变，并获得拉应变；(2)对处于第一状态的形状记忆合金进行降温处理，使形状记忆合金在相变作用下收缩至第二形变量，此状态被形状记忆合金记忆为第二状态；此时，基础电池在形状记忆合金的带动下也产生收缩形变，并获得压应变。在上述可调节吸收波长的太阳能电池的制备方法中，优选地，将上述步骤(1)至步骤(2)的操作重复进行2-10次。在上述可调节吸收波长的太阳能电池的制备方法中，优选地，步骤(2)中的降温处理的温度是降至室温。在本专利技术提供的一种优选实施方式中，通过以下步骤制备柔性钙钛矿太阳能电池(基底层为PET，导电层为ITO，电子传输层为致密TiO2，钙钛矿吸光层为CH3NH3PbCl3，空穴传输层为Spiro-OMeTAD)：(1)将PET/ITO衬底用丙酮、异丙醇、去离子水清洁，通入惰性气体中干燥；(2)沉积TiO2薄膜时将Ti靶放入磁控溅射沉积装置生长室中，保持靶材与PET/ITO衬底的距离为4.5cm，生长室真空度抽至10-3Pa以下，生长室内通入Ar、O2气体，Ar/O2气体流量比保持在100：15，控制生长室内的压强为0.001-100Pa；开启溅射器，溅射功率为200W，在经过预处理的步骤(1)所得的导电层上沉积TiO2薄膜，制得电子传输层；(3)将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调节太阳能电池吸收波长的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将形状记忆合金附着于基础电池上，所述基础电池为柔性钙钛矿太阳能电池；通过改变温度使形状记忆合金发生预设的自动形变，以带动基础电池的吸光层产生形变，从而实现对太阳能电池吸收波长的调节。

【技术特征摘要】
1.一种调节太阳能电池吸收波长的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将形状记忆合金附着于基础电池上，所述基础电池为柔性钙钛矿太阳能电池；通过改变温度使形状记忆合金发生预设的自动形变，以带动基础电池的吸光层产生形变，从而实现对太阳能电池吸收波长的调节。2.根据权利要求1所述的调节太阳能电池吸收波长的方法，其特征在于，所述形状记忆合金在附着前已经通过变形和记忆处理完成了形变设定；或者，所述形状记忆合金是在附着于基础电池后，再通过形变和记忆处理，完成形变设定。3.根据权利要求1或2所述的调节太阳能电池吸收波长的方法，其特征在于，所述形状记忆合金附着于柔性钙钛矿太阳能电池的对电极层。4.一种可调节吸收波长的太阳能电池，其特征在于，该太阳能电池包括基础电池和形状记忆合金，所述基础电池的至少一面附着有可直接或间接带动基础电池的吸光层产生形变的形状记忆合金；所述基础电池为柔性钙钛矿太阳能电池。5.根据权利要求4所述的可调节吸收波长的太阳能电池，其特征在于，所述形状记忆合金为双程形状记忆合金；优选为Ti-Ni基合金；进一步优选地，所述Ti-Ni基合金包括TiNi合金、TiNiFe合金、TiNiNb合金、TiNiCu合金或TiNiPd合金。6.根据权利要求4所述的可调节吸收波长的太阳能电池，其特征在于，所述记忆合金具有预设的2％-10％的拉伸形变量或收缩形变量。7.根据权利要求4所述的可调节吸收波长的太阳能电池，其特征在于，所述形状记忆合金附着于柔性钙钛矿太阳能电池的对电极层；所述对电极层为具有延展性的非金属电极；优选地，所述非金属电极包括石墨烯电极；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张利强，陈恺，李永峰，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11