[發明專利]一種在FTO上原位水熱生長Cu3BiS3敏化的TiO2氧化物薄膜、制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201610344545.3
• 申請日: 2016-05-23
• 公開（公告）號: CN105931848B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 謝騰峰;邱慶慶;王德軍
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司22201
• 代理人: 劉世純,王恩遠

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種在FTO上原位水熱生長 Cu₃BiS₃敏化的TiO₂氧化物薄膜、制備方法及其在制備太陽能電池中的應用。

背景技術

單晶硅太陽能電池作為第一代太陽能電池，以其光電轉化率高和穩定性好的優點占領光電領域的市場，但第一代太陽能電池成本高、制備工藝復雜。隨之有了第二代太陽能電池，第二代是具有更薄光吸收層的薄膜太陽能電池，第二代太陽能電池雖然成本降低，但是轉化效率明顯低于第一代太陽能電池。為了尋求成本和光電轉化效率之間的平衡，用納米顆粒、納米線、納米棒和納米管制備的第三代納米晶太陽能電池隨之問世。

目前第二代薄膜太陽電池光吸收層的制備因其可應用于下一代太陽能電池的潛力已引起了人們的廣泛關注。如，CuInSe₂作為薄膜太陽能電池的最佳光吸收材料，在薄膜太陽能電池領域依然是人們的主要關注對象。其中，CdTe和CdSe 由于其合適的能帶結構和光敏性而應用于屬于第三代太陽能電池的敏化類太陽能電池。硫化物材料由于具有優異的光電性能越來越受到研究者的關注，如CdS、 ZnS、In₂S₃、Cu_xS等。此外，三元硫化物材料由于其合適的禁帶寬度和優異的光電性能可應用于太陽能電池也引起了研究者們的關注，如黃銅礦CuInS₂由于其高光吸收率和合適的禁帶寬度(1.4ev)而成為理想的光吸收材料。但是銦是稀有金屬，價格昂貴，因此CuInS₂不能廣泛應用。相應的，含量豐富的鉍金屬越來越受到人們的關注。Cu₃BiS₃的禁帶寬度為1.4～1.5ev，且成本低。因此有望成為理想的替代CuInS₂的活性材料。

三元化合物一般難以制備，因此很少有合適的方法制備Cu₃BiS₃。現有的研究方法包括：較早的制備方法有蒸鍍、兩步化學氣相沉積法、或先在銅片上先制備Bi₂S₃再熱處理。然而這些方法需求的條件苛刻，結果不理想且尚未對所制備材料進行光電性能研究，因此難以實際應用。

目前應用廣泛的是水熱合成法，因其制備成本低且簡便，而受到研究者們的高度關注。但是目前水熱合成的Cu₃BiS₃材料為粉末材料，不能在TiO₂氧化物薄膜上直接水熱生長，從而不能夠在水熱反應過程中對TiO₂氧化物薄膜敏化；需要將制備的粉末材料配制成溶液再旋涂在TiO₂薄膜上，此方法只能對TiO₂薄膜的表面進行敏化，敏化劑在TiO₂上的覆蓋率低，因此不利于敏化劑對光的吸收，致使光電轉化效率較低。

發明目的

本發明的目的在于：為克服上述旋涂Cu₃BiS₃溶液敏化TiO₂薄膜存在的不足，提供一種成本低且制備簡捷的在FTO上原位水熱生長Cu₃BiS₃敏化的TiO₂氧化物薄膜、制備方法及其在制備太陽能電池中的應用。。

具體為：先通過水熱反應在FTO上生長0.5～1.5μm的TiO₂陣列得到FTO/TiO₂薄膜，再對TiO₂薄膜進行鈍化處理；然后配制用于水熱反應的Cu₃BiS₃敏化劑溶液，將FTO/TiO₂薄膜的TiO₂薄膜面朝下浸入到配制好的Cu₃BiS₃敏化劑溶液中進行水熱反應，反應結束待反應體系冷卻至室溫后將FTO/TiO₂薄膜取出，先用水沖洗干凈，再用乙醇沖洗，然后氮氣吹干，從而在FTO上原位水熱生長Cu₃BiS₃敏化的TiO₂氧化物薄膜。