[發明專利]基于CuS準一維納米結構的納米太陽能電池的制備方法

有效

• 申請號: 201210053645.2
• 申請日: 2012-03-02
• 公開（公告）號: CN102583223A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 吳春艷;張梓晗;呂鵬;吳義良;王文堅;于永強;王莉;羅林保;揭建勝
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;H01L31/18
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

一、技術領域

本發明涉及一種半導體器件的制備方法，具體地說是基于CuS準一維納米結構的納米太陽能電池的制備方法。

二、背景技術

太陽能由于具有充分的清潔性、絕對的安全性、資源的相對廣泛性和充足性、長壽命以及易于維護等其他常規能源所不具有的優點，被認為是21世紀最重要的新能源。無機半導體準一維納米結構具有高結晶性、高純度、直接的電子通道和快速的電子傳輸等特點，而在納米太陽能電池方面有著重要的應用。目前主要的納米太陽能電池有：染料敏化太陽能電池，無機納米顆粒太陽能電池，納米晶聚合物太陽能電池等等。與傳統的單晶和薄膜太陽能電池相比，納米太陽能電池在工藝、尺寸、成本上都有相當大的優勢。

硫化銅(CuS)是很重要的過渡金屬硫屬化合物，帶隙能為1.2eV，由于其優異的電學、光學以及其他的物理和化學性質，可以覆蓋在聚合物的表面以提高其導電性，并在鋰離子二級電池、高能量電極材料等諸多領域都有很好的應用前景。此外由于其p型電導性，CuS在太陽能電池領域也受到人們廣泛的關注。上世紀80年代，基于Cu₂S/CdS薄膜的太陽能電池已有研究，近年來基于Cu₂S納米晶的太陽能電池也有報導，但是基于CuS準一維納米結構的納米太陽能電池仍鮮有研究。Mehta等采用溶劑熱法和局部置換反應生長了CdS-Cu_xS單根納米棒異質結，其光伏器件性能比薄膜太陽能電池顯著提高，但是其制備的工藝過程復雜，且可控性差，同時n型半導體材料CdS的毒性也在一定程度上限制了其廣泛使用。

三、發明內容

本發明旨在提供一種基于CuS準一維納米結構的納米太陽能電池的制備方法，所要解決的技術問題是遴選一種環保的電極材料并在保證太陽能電池性能的前提下簡化制備方法。

ITO(氧化銦錫)薄膜是一種n型半導體材料，具有高的電導率、高的可見光透過率、高的機械硬度和良好的化學穩定性，是液晶顯示器、等離子顯示器、觸摸屏、太陽能電池以及其他電子儀表的透明電極最常用的薄膜材料。在此我們利用其作為電極材料并與CuS形成p-n結，構成CuS/ITO肖特基結納米太陽能電池。

本發明解決技術問題采用如下技術方案：

本發明基于CuS準一維納米結構的納米太陽能電池的制備方法，其特征在于：將CuS準一維納米結構3分散在覆有絕緣層2的硅片1上，通過一次紫外光刻的方法在絕緣層2上制備一金屬薄膜電極對4，所述金屬薄膜電極4通過所述CuS準一維納米結構3連通并且所述金屬薄膜電極對4與CuS準一維納米結構3呈歐姆接觸；然后通過紫外光刻的方法在絕緣層2上制備一ITO透明薄膜電極5，所述ITO透明薄膜電極5位于所述金屬薄膜電極對4之間并且與所述CuS準一維納米結構3交叉呈肖特基接觸，得到基于CuS準一維納米結構的納米太陽能電池即CuS/ITO肖特基結準一維納米結構的納米太陽能電池。

所述CuS準一維納米結構3為長度不小于10μm的納米線、納米管或納米帶，其中納米管的直徑小于1μm。

所述金屬薄膜電極對4為包括In、Ti、Au、Cu中的一種或幾種。

所述ITO透明薄膜電極5采用脈沖激光沉積的方法鍍膜，鍍膜時的真空度為1-3×10^-3Pa，沉積所用激光能量為120mJ，脈沖頻率為5Hz。

所述ITO透明薄膜電極5厚度為50-500nm，所述ITO透明薄膜電極5和所述CuS準一維納米結構3相接觸的寬度小于5μm。

與已有技術相比，本發明的有益效果體現在：

本發明所述ITO薄膜電極5與所述CuS準一維納米結構3交叉呈肖特基接觸，形成CuS/ITO肖特基結納米太陽能電池，可直接完成異質結的形成和器件制備，制備過程簡單易行，采用ITO作為電極材料并與CuS形成p-n結，環保可靠。

四、附圖說明

圖1是實施例中CuS/ITO肖特基結納米太陽能電池的器件結構示意圖。

其中1為硅片，2為絕緣層，3為CuS準一維納米結構，4為金屬薄膜電極對，5為ITO薄膜電極。

圖2是實施例中CuS/ITO肖特基結納米太陽能電池的SEM照片。

圖3是實施例中以Cu/Au復合電極為歐姆接觸電極的CuS納米管的I-V曲線。

圖4是實施例中CuS/ITO肖特基結納米太陽能電池的光伏特性曲線。

圖5是實施例中CuS/ITO肖特基結納米太陽能電池的光響應曲線。

五、具體實施方式