[發明專利]一種PbS/ITO薄膜基光電化學光伏電池及其制備法

有效

• 申請號: 201310403078.3
• 申請日: 2013-09-06
• 公開（公告）號: CN103515106A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 范麗波;王鵬;趙肖媛;董新平;孫剛
• 申請（專利權）人: 許昌學院
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于材料化學技術領域，尤其涉及一種PbS/ITO薄膜基光電化學光伏電池及其制備法；更具涉及一種在氧化銦錫導電玻璃（ITO）襯底上制備具有線狀表面形貌的海綿狀硫化鉛（PbS）薄膜的制備過程進一步簡化的化學浴沉積（CBD）方法。?

背景技術

隨著人類科技的發展，能源的消耗劇增，如何利用太陽能已成為解決未來能源問題的重要手段之一。我國是世界上能源消費增長最快的國家，也是SO₂、NO_x、CO₂排放大國，環境污染的壓力愈來愈大。另外我國的能源結構和能源資源的空間布局又不太理想，所以如何開發利用太陽能也是擺在我國科技工作者面前的緊迫研究課題之一。早在1839年，人們發現了電化學體系的光效應，即將鉑、金、銅、銀鹵化物作電極，浸入稀酸溶液中，當以光照射電極一側時就產生電流。本世紀60年代，德國Tributsch發現的染料吸附在半導體上并在一定條件下產生電流的機理，成為光電化學光伏電池的重要基礎。光電化學光伏電池是根據光生伏特原理，將太陽能或光能直接轉換成電能的一種半導體光電器件，這是伴隨著半導體電化學發展起來的一個嶄新的科學研究領域。光電化學光伏電池，利用半導體液體結制成的光電化學光伏電池具有一系列優點，例如：1.形成半導體-電解質界面很方便，制造方法簡單，沒有固體器件形成p-n結和柵線時的復雜工藝，從理論上講，其轉換效率可與p-n結或金屬柵線接觸相比較。2.可以直接由光能轉換成化學能，這就解決了能源儲存問題。3.幾種不同能級的半導體電極可結合在一個電池內使光可以透過溶液直達勢壘區。4.可以不用單晶材料而用半導體多晶薄膜，或用粉末燒結法制成電極材料。用簡單方法能制成大面積光電化學光伏電池，為降低光伏電池生產成本提供了新的途徑，因而光電化學電池被認為是太陽能利用的一個嶄新方法。?

PbS是一種受到廣泛關注的IV–VI族半導體，在室溫下它具有相當小的直接帶隙(0.41?eV)和較大的激子玻爾半徑(18?nm)。因此，PbS對結晶尺寸非常敏感。通過優化晶體尺寸，PbS納米晶帶隙吸收位置可以在不同波長的近紅外光（NIR）區移動，這對光伏器件是非常有價值的。眾所周知，到達地球的太陽光波長有一半超過700?nm（可見光區），三分之一超過1000?nm（近紅外光區）。然而，許多半導體納米晶對太陽光譜中的部分紫外光和可見光有吸收，這就使得擁有大部分太陽能的NIR光沒有得到利用。PbS在近紅外區域具有高效、穩定的吸收性能，可增加光伏電池對光的吸收范圍，提高太陽光的利用率。?

在今天的固態電子器件與電路中，難以找到沒有薄膜的部分，薄膜材料以其獨特的工藝和優良的性能在社會經濟生活中得以廣泛應用。在各種電子和光電子裝置中半導體多晶薄膜的應用越來越廣。最近幾年關于PbS薄膜的制備及應用研究也越來越廣泛。目前已報道的PbS薄膜的常見制備方法有：電化學沉積法、化學浴沉積法（CBD）、連續離子層吸附反應法(SLAR)、液-液接觸反應法等。在這些制備方法中的CBD方法的制備成本低，便于大面積沉積。CBD方法所需的設備簡單、原料普遍、對襯底要求低。往往不需要考慮襯底的導電系數，只要是溶液能得到的任何不溶的表面將成為沉積的合適的襯底。沉積溫度要求偏低，避免了沉積過程中的氧化和金屬基體的腐蝕。多孔或海綿狀薄膜可以增加薄膜的比表面積，增加與其他導電類型半導體材料的接觸面積形成一種嵌入式p-n結的結構。這種嵌入式的結構有利于形成垂直于電極平面的電子通道而被用來提高相關電子器件的電子遷移率。?

本發明采用進一步簡化的CBD方法在ITO襯底上制備了具有線狀表面形貌的海綿狀PbS薄膜。所制備的PbS薄膜與甘汞電極、鉑電極構成傳統的三電極系統，以硫酸鈉（Na₂SO₄）水溶液為電解液，以紫外燈為光源搭建光電化學光伏電池系統并研究了其光電化學性能，測得了其光生電流密度隨時間變化的實驗曲線。整個實驗過程操作簡便、綠色環保，能耗低，使用原料成本低廉，無任何毒害副產物。?

發明內容

本發明所要解決的問題是：提供一種在ITO襯底上制備具有線狀表面形貌的海綿狀PbS薄膜進一步簡化的CBD方法，并搭建相應的光電化學光伏電池系統。?

本發明對要解決的問題所采取的技術方案是: