[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于石墨烯納米帶/單壁碳納米管分子內(nèi)異質(zhì)結(jié)光伏器件的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210094258.7
• 申請(qǐng)日: 2022-01-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114203921B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳長(zhǎng)鑫;周慶萍;石方遠(yuǎn);賀志巖;高升廣;王龍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L51/48
• 分類(lèi)號(hào): H01L51/48;H01L51/46;H01L51/42;B82Y30/00;B82Y40/00;C01B32/159;C01B32/174;C01B32/184
• 代理公司: 北京東方盛凡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11562
• 代理人: 張換君

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于石墨烯納米帶/單壁碳納米管分子內(nèi)異質(zhì)結(jié)的光伏器件的制備方法，屬于光伏器件制備技術(shù)領(lǐng)域；具體包括以下步驟：在具有氧化物絕緣層的襯底上制備石墨烯納米帶/單壁碳納米管分子內(nèi)異質(zhì)結(jié)層，之后在石墨烯納米帶/單壁碳納米管分子內(nèi)異質(zhì)結(jié)層兩端分別制作正負(fù)電極，得到所述基于石墨烯納米帶/單壁碳納米管分子內(nèi)異質(zhì)結(jié)的光伏器件；本發(fā)明的GNR/SWCNT分子內(nèi)異質(zhì)結(jié)對(duì)光子的吸收和轉(zhuǎn)化效率高，使制得的光伏器件具有優(yōu)異的本征功率轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光伏器件制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于石墨烯納米帶/單壁碳納米管分子內(nèi)異質(zhì)結(jié)光伏器件的制備方法。

背景技術(shù)

隨著不可再生能源的不斷消耗，其存量變得越來(lái)越稀缺，因此石油、煤炭、天然氣等化石能源的價(jià)格呈現(xiàn)不斷上漲的趨勢(shì)。但是對(duì)這些能源產(chǎn)生電能的需求并沒(méi)有下降，更準(zhǔn)確地說(shuō)是需求在不斷地增加，從而必須尋求不可再生資源的替代品以滿足這一需求。太陽(yáng)能等可再生能源是清潔能源、可持續(xù)發(fā)展能源，并且獲取的方式較為簡(jiǎn)單，因此成為了用來(lái)替代不可再生能源的較佳選擇。光伏產(chǎn)業(yè)則在這一背景下應(yīng)運(yùn)而生并開(kāi)始發(fā)展。光伏器件的研發(fā)是光伏產(chǎn)業(yè)中的核心技術(shù)，研究開(kāi)發(fā)高本征功率轉(zhuǎn)化效率的光伏器件，是能夠引領(lǐng)光伏產(chǎn)業(yè)大步向前發(fā)展的關(guān)鍵。

碳納米管是由單層或多層石墨烯片圍繞中心軸按一定的螺旋角卷曲而成的無(wú)縫納米級(jí)管。根據(jù)管壁層數(shù)的不同可分為單壁碳納米管(SWCNT)、雙壁碳納米管和多壁碳納米管。碳納米管獨(dú)特的一維石墨結(jié)構(gòu)賦予它許多優(yōu)良的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)及化學(xué)性能，使其在光伏器件研究中具有廣闊的前景。石墨烯是一種目前備受關(guān)注的二維材料之一，石墨烯表現(xiàn)出諸多獨(dú)特的物理特性，比如：較高的遷移率、較好的機(jī)械強(qiáng)度，較高的熱導(dǎo)和較寬的光學(xué)吸收范圍等。由于自身優(yōu)異的性質(zhì)，石墨烯日益成為制造光伏器件的優(yōu)選材料，但是本征石墨烯的能帶難以打開(kāi)，使其在光伏器件應(yīng)用方面不能很好地發(fā)揮作用。為此，人們研究采用了不同的方法將石墨烯帶隙打開(kāi)，得到了石墨烯納米帶(GNR)、石墨烯納米網(wǎng)絡(luò)等，以提高石墨烯材料在光伏器件中的性能。但是，單純的碳納米管或石墨烯納米帶、石墨烯納米網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于光伏器件中時(shí)，由于其不能高效地對(duì)激子解離產(chǎn)生自由移動(dòng)的空穴和電子，因此使得碳納米管及石墨烯材料應(yīng)用于光伏器件的研究遇到了瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于石墨烯納米帶/單壁碳納米管分子內(nèi)異質(zhì)結(jié)光伏器件的制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種基于石墨烯納米帶/單壁碳納米管分子內(nèi)異質(zhì)結(jié)的光伏器件的制備方法，包括以下步驟：在具有氧化物絕緣層的襯底上制備石墨烯納米帶/單壁碳納米管分子內(nèi)異質(zhì)結(jié)層，之后在石墨烯納米帶/單壁碳納米管分子內(nèi)異質(zhì)結(jié)層兩端分別制作正負(fù)電極，得到所述基于石墨烯納米帶/單壁碳納米管分子內(nèi)異質(zhì)結(jié)的光伏器件。

進(jìn)一步地，所述襯底為硅片，所述氧化物絕緣層為在所述硅片上熱氧化生長(zhǎng)得到的SiO₂層。

進(jìn)一步地，所述石墨烯納米帶/單壁碳納米管分子內(nèi)異質(zhì)結(jié)層的制備方法為：首先將單壁碳納米管分散液旋涂于有氧化物絕緣層的基片上并加熱清洗，接著對(duì)基片進(jìn)行煅燒，之后磁控濺射沉積過(guò)渡金屬，然后以氫氣作為反應(yīng)氣體，氬氣為載氣，通過(guò)微波加熱過(guò)渡金屬催化劑和碳納米管使其發(fā)生解鏈，即得所述石墨烯納米帶/單壁碳納米管分子內(nèi)異質(zhì)結(jié)層。

進(jìn)一步地，所述單壁碳納米管分散液的制備方法為：將單壁碳納米管、表面活性劑聚(對(duì)亞苯基亞乙烯基-共-(2,5-二辛氧基間亞苯基亞乙烯基)(PmPV)溶于1,2-二氯乙烷(DCE)中，并超聲處理；所述單壁碳納米管、表面活性劑及1,2-二氯乙烷的質(zhì)量體積比為1mg∶(30～40)mg∶(20～25)mL，所述超聲處理時(shí)間為2h。

進(jìn)一步地，所述加熱清洗為70～90℃加熱處理旋涂有單壁碳納米管分散液的基片2-5min后用DCE涮洗基片2-10min去除大部分的PmPV；所述煅燒溫度為300～400℃，時(shí)間為15min～1h，從而進(jìn)一步去除殘留的PmPV。