[發明專利]一種ZnO/NiFe2O4納米陣列復合異質結材料及其制備的太陽能電池

在審

• 申請號: 201710302712.2
• 申請日: 2017-05-03
• 公開（公告）號: CN107104166A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 何祖明;黃正逸;唐斌;江興方;伊聰
• 申請（專利權）人: 常州大學懷德學院
• 主分類號: H01L31/072
• 分類號: H01L31/072;H01L31/0352;H01L31/0336
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙)32231
• 代理人: 高姍

技術領域

本發明涉及光電納米材料技術領域，具體為一ZnO/NiFe₂O₄納米陣列復合異質結材料及其制備的太陽能電池。

背景技術

當前，能源環境問題日益嚴峻，科學界一直致力于研究除硅以外的資源豐富的能源材料。金屬氧化物材料具有非同一般的光學和電學性能，ZnO是重要n型的寬帶隙半導體材料，其室溫下禁帶寬度為 3.37eV，激子束縛能為60meV，遠大于室溫熱離化能(26meV)，可在較低閥值下產生激子受激輻射，在室溫和高溫下可實現激子復合發光，是一種制備短波長發光器件的理想材料。因此研究p-n異質結材料是非常有意義。

研究制備低成本ZnO基太陽能電池對替代高成本電池，實現太陽能電池的大規模民用化具有重要意義。通過界面結構梳狀化，制備三維結構復合薄膜異質結太陽能電池，可以有效增加異質結界面面積，這樣在增加多重吸光的同時可以縮短光生載流子的收集長度，降低光生載流子的復合幾率，有利于提高電池效率。由于固體無機半導體材料在填充過程中受到與復雜幾何結構有關的陰影效應的制約往往無法在納米結構表面保形覆蓋或很難實現其在納米多孔中致密化填充，因此，探索一種在取向陣列中充分填充無機固體半導體的技術制備復合異質結電池是提高電池技術的關鍵。

目前尚未有ZnO/NiFe₂O₄納米陣列復合異質結太陽電池制備方法的相關報道。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種ZnO/NiFe₂O₄納米陣列復合異質結材料及其制備的太陽能電池。

為了解決上述技術問題，本發明提供了如下的技術方案：

一種ZnO/NiFe₂O₄納米陣列復合異質結材料，采用以下步驟制備：

1)、將適量六水合氯化鎳和六水合三氯化鐵溶解于去離子水中，優選的，鐵和鎳的摩爾比為2：1～1.5；攪拌均勻后加熱至90℃，調整溶液的pH值為10～14，90℃保溫3小時，100℃燥箱中干燥1小時，得到NiFe₂O₄凝膠；

2)、將ZnO納米棒陣列安裝在鍍膜機上，鍍膜機的旋轉速度為 1200轉/min，把NiFe₂O₄凝膠滴加到ZnO納米棒陣列，180℃燥30分鐘，將NiFe2O4凝膠循環重復8～12次滴加至ZnO納米棒陣列中，一般要重復10次，至NiFe2O4自下而上充分填充到ZnO納米棒陣列的空隙中，NiFe₂O₄薄膜將ZnO納米棒的全面包覆，經過熱處理形成 ZnO/NiFe₂O₄復合納米異質結，優選的熱處理的溫度為500℃。

進一步的，所述ZnO納米棒陣列采用水熱生長方法制備而成，利用溶膠凝膠法制備ZnO種子前驅體，然后在基底上涂敷ZnO種子前驅體，形成薄膜，經熱處理得到一層均勻的納米級ZnO晶種層；在反應容器中將基底帶有晶種層的面懸空倒扣浸沒于ZnO生長溶液中，水浴條件下反應得到高度取向的ZnO納米棒陣列。優選的，所述ZnO 納米棒陣列采用以下步驟制備：采用旋涂鍍膜的方法在清洗好的基底上制備一層ZnO膠體膜；真空管式爐中350℃～550℃退火10min～ 30min，在基底表面形成一層均勻致密的納米級ZnO晶種層；按照摩爾比1:8將KOH和Zn(NO₃)₂按配制成濃度為0.10～0.25M的[Zn(OH)₄]^2-水溶液，充分磁力攪拌，得到一澄清溶液，然后倒入反應容器內，將基底制備有晶種層的面向下懸浮于陣列生長液中，之后密封好反應容器，將其置于電熱恒溫水槽中，在20～50℃水浴條件下，保溫10min～ 12h，取出，依次用去離子水漂洗，無水乙醇沖洗，室溫真空烘干。