[發明專利]一種納米有序互穿全氧化物異質結薄膜太陽電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201710672262.6
• 申請日: 2017-08-08
• 公開（公告）號: CN107369729B
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發明（設計）人: 吳璠;陳偉敏;唐志鮮;蔣嵐;康鑫
• 申請（專利權）人: 湖州師范學院
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/0445;H01L31/072;H01L31/18;B82Y20/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 袁彩君

本發明公開了一種納米有序互穿全氧化物異質結薄膜太陽電池及其制備方法，利用垂直生長于FTO襯基上的CuO納米棒陣列作為光子吸收材料和空穴傳輸材料，TiO₂納米晶體薄膜為電子傳輸材料，制備了CuO/TiO₂納米有序互穿異質結，并制成以FTO為陰極和Al膜為陽極的太陽電池。發現CuO/TiO₂納米有序互穿異質結太陽電池的開路電壓達到0.41V、短路電流密度為7.81uA/cm²；與CuO/TiO₂雙層平面異質結太陽電池相比，CuO/TiO₂納米有序互穿異質結的路電壓提高了1.78倍，短路電流密度增加了16.27倍。

技術領域：

本發明涉及納米半導體材料和新能源領域，確切地說是一種新型薄膜太陽電池及其制備方法。

背景技術：

能源與環境問題是當前人類面臨的兩個最緊迫需要解決的問題，低碳經濟是當今最熱門話題。太陽能是取之不盡，用之不竭的綠色能源，將太陽能轉換成電能的光伏電池是解決能源和環境問題、發展低碳經濟的途徑之一。和塊體材料相比，低維納米棒陣列材料在太陽能光電轉換方面具有獨特的優勢，比如，增加了載流子的收集效率，拓寬了光子吸收的比表面積【Nano Energy，2017，215-222】。然而，常見的半導體材料(ZnO、TiO₂等)納米棒陣列，其禁帶寬度很大(大于3eV)【Adv.Energy Mater.，2017，1602803】，這極大限制了對太陽光譜中對可見光的吸收，從而導致較低的太陽能光電轉換效率。所以發展高效納米線陣列型的光子吸收材料是太陽電池發展的重要方向之一【Adv.Mater.2010，22，E254；J.Am.Chem.Soc，2009，131，3756】。

CuO是一種環境友好的窄帶隙(1.2-1.5eV)半導體材料，被應用到光電導、光催化、氣敏傳感器、太陽電池等領域【Chem.Mater.，2017，29，1735–1743】。目前，陣列型CuO納米線在太陽電池中的應用并不多見，并且大都是通過對Cu鉑進行熱氧化法得到CuO納米線陣列。例如，Wang等首先對Cu鉑進行熱氧化后制備出CuO納米線陣列，然后在其表面滴涂醋酸鋅后進行退火得到陣列型CuO/ZnO異質結【Optics Express，2011，19，11271】。Anandan等將Cu片進行熱氧化后制備出的CuO納米線陣列用于染料敏化太陽電池的對電極【MaterialsChemistry and Physics，2005，93，35】。然而Cu片基底不能作為光窗口來吸收光子，從而限制了其制備的CuO陣列在太陽電池中的應用。Liu等通過兩步法在導電玻璃上生長出了CuO納米棒陣列【Journal of Alloys and Compounds，2012，511,195】，首先，他們通過簡單的滴涂法將醋酸銅溶液滴涂在導電玻璃上，然后退火形成CuO籽晶層，接著利用水熱法在CuO籽晶層上生長出CuO納米棒陣列，但是利用水熱法在透明導電玻璃上生長出的CuO納米棒陣列來制備CuO/TiO₂納米有序互穿異質結薄膜太陽電池也還未見報道。

本發明中，我們在FTO導電玻璃上通過多次旋涂醋酸銅溶液然后退火形成CuO籽晶層，該方法得到的CuO籽晶層比他人的滴涂法【Journal of Alloys and Compounds，2012，511,195】更加均勻和致密。然后我們利用水熱法在籽晶層上生長出CuO納米棒陣列，接著在CuO納米棒陣列上旋涂TiO₂溶膠-凝膠溶液得到納米互穿CuO/TiO₂全氧化物異質結薄膜，最后在TiO₂上方蒸鍍LiF作為陽極修飾層和金屬銀作為陽極得到太陽電池。

發明內容：

本發明目的是為了彌補已有技術的缺陷，將空氣中穩定的CuO納米棒陣列應用到新型固態全氧化物異質結薄膜太陽電池中，提供一種成本較低，可以在空氣中制備，環境友好、工藝簡單，且便于大面積制作的電池及其制備方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：