[0037] 实施例
[0038] 步骤1)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La0.7Sr0.3MnO3作为下电极为例,也可以采用其它材料,例如导电氧化物ITO,La0.5Sr0.5CoO3等或者金属,Au,Pt,Ag等。首先在SrTiO3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℃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La0.7Sr0.3MnO3薄膜(这里以La0.7Sr0.3MnO3: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1cm,厚度为1mm。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1步:CFO-BTO磁-电核壳结构磁性微粒的制备:
[0045] 制备具有强磁性的钴铁氧体(CFO)纳米微粒:
[0046] 例如,将FeCl3·6H2O(0.04mol,100mL)与Co(NO3)2·6H2O(0.02mol,100mL)混合,加入NaOH(0.35mol,500mL),然后将混合溶液加热到沸腾,伴之快速搅拌.沸腾持续1min后取下自然沉淀.充分沉淀后用1mol/L的HNO3溶液对沉淀物进行清洗直至pH值为7.然后将清洗所得产物经过丙酮脱水、干燥等工序后得到所需要的具有强磁性的CFO纳米微粒。
[0047] 以溶胶-凝胶法制备铁电性的钛酸钡(BTO)微粒:
[0048] 1)钡前驱液的配制:将适量的冰醋酸加入到醋酸钡中,置于80℃恒温水浴锅中加热溶解,冷却后转移入容量瓶中,采用滴定管滴加乙二醇乙醚定容即得Ba前驱液。2)钛前驱液的配制:将冰醋酸和乙二醇乙醚作为混合溶剂加入到钛酸四丁酯中,经溶解后转移到容量瓶中,采用滴定管滴入乙二醇乙醚定容即得Ti前驱液。将Ti前驱液滴加到Ba前驱液中,滴加后加入适量乙酰丙酮以调整溶胶粘度,混合均匀后经24小时即得纯钛酸钡的溶胶。若需制备掺杂钛酸钡的溶胶,只需同时加入适量的La前驱液、Nd前驱液或Co前驱液,经24小时老化后即得掺杂钛酸钡的溶胶。若有必要,还可加入适量乙醇胺以控制溶胶的粘度。然后将CFO磁性纳米微粒加入到溶胶中,最后将得到的溶胶和微粒的混合体在加热台上进行烘烤,烤干之后放入箱式炉进行烧结,在烧结温度为900℃,时间为2h。将所得产物充分研磨后,得到所需要的具有磁-电核壳结构的CFO-BTO纳米微粒。
[0049] 第2步:CFO-BTO磁-电核壳结构磁电性液体的制备:
[0050] 按照自己的需求,将一定质量的具有CFO-BTO磁-电核壳结构纳米微粒均匀的分散在一定浓度的硅油中。硅油具有耐高低温、化学稳定性好、蒸气压低、黏度受温度影响小等特点,是磁电性液体的理想载液。但是,硅油憎水、憎油的特性使得将具有CFO-BTO磁-电核壳结构纳米微粒均匀分散于其中的表面活性剂必须具有亲油性能,且能包覆磁性微粒,否则易出现团聚、沉降等现象。使用油酸作为表面活性剂。
[0051] 具体为:根据要求,例如需要配置微粒体积分数为5%,总体积为100ml的具有CFO-BTO磁-电核壳结构磁电性液体,那么,所需微粒体积均为5ml,其密度约为6g/cm3,则需要微粒的质量为30g;油酸的浓度为2%,则需要量取2ml的油酸;硅油的体积为100-5-2=93ml;因此,
[0052] 首先,称量30g的具有CFO-BTO磁-电核壳结构(体积约5cm3),加入2ml的油酸中,进行摇动,然后均匀的分散在93ml硅油中,放进密封好的玻璃瓶或者其它容器内,在摇床上进行摇动约1个小时。然后就得到微粒体积分数为5%,总体积为100ml的具有CFO-BTO磁-电核壳结构具有磁性的磁电性液体。
[0053] 第3步:将上一步中得到CFO-BTO磁电性液体用注射器或者其它方法注入到容器中,就得到图2中的装有磁电性液体的容器。
[0054] 步骤4)制备纳米链太阳能电池
[0055] 第1步:纳米链的形成:对上一步中得到的磁电性液体施加磁场,沿着磁场方向就得到铁电性纳米链。例如沿竖直方向施加磁场,就得到图3所示竖直方向的铁电纳米链。
[0056] 第2步:将上一步中得到结构放入高温烘烤,目的是将围壁的顶壁的物质分解掉。至于围壁侧壁的物质可以根据需要选择不同材料来决定是否分解掉,具体情况如下:如果需要从侧面测量纳米链的形貌,则需要将侧壁分解掉,否则不好观察。在测量表面形貌的时候,如果侧壁高度大于上电极的高度,以至于不好观察表面形貌的时候,就需要将侧壁分解掉。如果仅仅是测量竖直方向纳米链的性质,例如导电性、铁电性等,这时侧壁不会造成影响,则可以不用去掉。最后就得到图4的由铁电纳米链组成的太阳能电池结构。
[0057] 在形成纳米链之后,由于团聚,纳米链之间很容易形成团簇状,而不是一根一根分开的,团聚程度与微粒的浓度、施加磁场的大小和时间等因素有关,如图3、图4中所示的纵向的纳米链,从施加磁场开始,纳米链就能够与上下电极接触,在保持磁场下将液体蒸发之后,纳米链基本上也能保持原来的形状,与上下电极保持接触。
[0058] 对制得的太阳能电池进行检测,结果如下:
[0059] 从图5中可知,我们所制备的BTO粉末基本为球形,平均直接约为20nm。从图6中可知,正负偏压下得到的I-V曲线不对称,这主要是由于上下电极不同,导致BFO与上下电极之间形成的势垒高度不同所引起的。
[0060] 此外,可以发现我们得到的太阳能电池具有明显的光伏效应,即光照和不光照下,在相同电压下得到的电流具有明显的差异。表面我们的样品具有比较明显的光伏性能。
[0061] 本发明不仅仅局限于上述实施例,在实际制备过程中,也可以将装置转90度,然后施加水平的磁场,先生成横向的纳米链。高温烘烤之后,液体蒸发之后,由于重力作用,纳米链会沉积到底部,稳固之后,然后将装置转到原来的位置,即得到的竖直方向纳米链。
[0062] 本实施例中,围壁的顶壁上也可以不制备上电极,在最后的过程中直接在纳米链上部生长上电极。
[0063] 本发明不仅仅局限于上述实施例,如果是直接生成横向的纳米链,高温烘烤之后,液体蒸发之后,由于重力作用,纳米链会沉积到底部。这个时候电极与纳米链之间会产生大段的空间。因此,如果是生成横向的纳米链,围壁的顶壁上不需要制备上电极,在最后的过程中直接在横向纳米链上生长上电极,以保证上电极接触纳米链。
[0064] 最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。