[發明專利]一種基于不同類黑磷材料的太陽能電池及制備方法有效

申請號：	202110464509.1	申請日：	2021-04-28
公開（公告）號：	CN113394302B	公開（公告）日：	2022-09-02
發明（設計）人：	涂昌昕;雷雙瑛;江源長;陳潔;黃慶安	申請（專利權）人：	東南大學
主分類號：	H01L31/0224	分類號：	H01L31/0224;H01L31/032;H01L31/0352;H01L31/0392;H01L31/072;H01L31/18
代理公司：	南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249	代理人：	馮慧
地址：	210096 ***	國省代碼：	江蘇;32
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種基于同類黑磷材料太陽能電池制備方法
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【權利要求書】：

1.一種基于不同類黑磷材料的太陽能電池，其特征在于，所述的太陽能電池由下而上包括如下結構：最底層為襯底（1），第二層為陽極涂層（2），第三層為雙層AB堆垛的GeS結構（4）；第四層為雙層旋轉AD堆垛SnS（5），最上面為陰極（6），陰極占雙層旋轉SnS-AD堆垛總面積的10%到15%，而陽極（3）在陽極涂層上，使得陽極（3）與雙層AB堆垛的GeS結構（4）不接觸；所述的太陽能電池中的雙層AB堆垛的GeS和雙層旋轉AD堆垛SnS為雙層，厚度為7-14 ?，雙層GeS-AB堆垛結構為：第一層結構相當于相對第二層沿a方向移動了0.281個周期，而雙層旋轉SnS-AD堆垛的第二層相當于第一層沿b方向移動了半個周期的距離，且其第二層相對第一層旋轉了180°；AB堆垛的GeS雙層薄膜和AD堆垛旋轉SnS雙層薄膜組成異質結，AD堆垛作為給體部分，AB堆垛作為受體部分，雙層旋轉的SnS-AD堆垛和雙層AB堆垛GeS構成了一個Ⅱ型異質結。

2.根據權利要求1所述的基于不同類黑磷材料的太陽能電池，其特征在于，所述的雙層AB堆垛的GeS結構和雙層旋轉AD堆垛SnS，都是通過探針剝離的方法將初始結構進行錯位得到。

3.根據權利要求1所述的基于不同類黑磷材料的太陽能電池，其特征在于，采用的陽極（3）和襯底（1）都為一體化的導電玻璃。

4.一種如權利要求1所述的基于不同類黑磷材料的太陽能電池的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟：

a.采用光刻法制備襯底和陽極電極，使得陽極（3）與雙層AB堆垛的GeS結構（4）不接觸；

b.GeS薄膜和SnS薄膜的制備：使用液相法制備GeS，通過電沉積法來制備SnS；

c.SnS堆垛和GeS堆垛制備：

1）將上述得到的SnS膜，在電子顯微鏡下，通過探針剝離的方法，剝離得到雙層的SnS膜；

2）將1）得到的SnS在電子顯微鏡下，使用探針移動層與層間的相對距離或進行層間的旋轉變換，得到所要求的雙層旋轉SnS-AD堆垛，最后再將二者通過層間的范德瓦爾斯力相互結合形成橫向異質結；

3）經過步驟1）和2）相同的方法制備得到GeS-AB堆垛；

d.器件組合

將c得到的雙層GeS-AB堆垛通過二維材料轉移裝置轉移到ITO涂層上方，然后將c得到的雙層旋轉SnS-AD堆垛通過二維材料轉移系統堆疊在GeS-AB堆垛的上方，最后對得到的器件進行退火處理，

e.將d得到的器件，通過金屬蒸鍍技術在頂部蒸鍍一層金屬層作為陰極，占雙層旋轉SnS-AD堆垛總面積的10%到15%。

5.如權利要求4所述的一種基于類黑磷材料的異質結薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，步驟a中采用光刻法制備襯底和陽極電極的具體方法為：

采用導電玻璃作為襯底和電極，首先在導電玻璃上涂上均勻的光刻膠，通過光刻技術得到對應電極圖形的反圖形，經過曝光處理，得到下金屬電極的圖形，然后進行金屬蒸鍍，使用丙酮混合液體清洗掉多余的光刻膠，使得陽極（3）與雙層AB堆垛的GeS結構（4）不接觸，這就得到了帶金屬電極的導電玻璃結構。

6.如權利要求4所述的基于不同類黑磷材料的太陽能電池的制備方法，其特征在于，使用液相法制備GeS的具體方法為，將計量比的鍺氯化二噁烷絡合物、硫脲、油酰胺0LA分別在空氣中輕微的磁力攪拌；將攪拌后的液體混合物超聲處理，除去油胺中的空氣；隨后連接到Schlenk線，抽真空，除去水分和氧氣；在磁力攪拌下通氮氣進行惰性氣體保護；將處理過后的液體混合物加熱，隨著溫度的升高，液體逐漸變成了黃色透明溶液，反應混合物在氮氣流中回流反應；反應結束將溶液冷卻至室溫，沉淀離心分離，洗滌真空干燥獲得樣品。

7.如權利要求4所述的一種基于不同類黑磷材料的太陽能電池的制備方法，其特征在于，通過電沉積法來制備SnS先制備沉積液，先將去離子水通氮氣后，在水中加入藥品，稱取以定量的SnCl₂-2H₂O、Na₂S₂O₃-5H₂O、K₄P₂O₇及添加劑C₁₉H₄₂BrN或CO(NH₂)₂，適量CuCl₂-2H₂O或AlCl₃-6H₂O溶于去離子水中，使用稀硫酸調節電沉積液pH值2.8~3.0，攪拌均勻備用，將三電極插入上述沉積液中，在恒溫水浴鍋進行沉積，攪拌速度恒定，恒電位沉積，將前面得到的沉積薄膜放置在瓷舟中，再將瓷舟放置于管式爐中，惰性氣氛下退火，而后隨爐冷卻至室溫。