專利名稱：基于CuS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)的納米太陽能電池的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制備方法，具體地說是基于CuS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)的納米太陽能電池的制備方法。
背景技術(shù)：
太陽能由于具有充分的清潔性、絕對(duì)的安全性、資源的相對(duì)廣泛性和充足性、長(zhǎng)壽命以及易于維護(hù)等其他常規(guī)能源所不具有的優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的新能源。無機(jī)半導(dǎo)體準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)具有高結(jié)晶性、高純度、直接的電子通道和快速的電子傳輸?shù)忍攸c(diǎn)， 而在納米太陽能電池方面有著重要的應(yīng)用。目前主要的納米太陽能電池有染料敏化太陽能電池，無機(jī)納米顆粒太陽能電池，納米晶聚合物太陽能電池等等。與傳統(tǒng)的單晶和薄膜太陽能電池相比，納米太陽能電池在工藝、尺寸、成本上都有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。硫化銅(CuS)是很重要的過渡金屬硫?qū)倩衔?，帶隙能為I. 2eV,由于其優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)以及其他的物理和化學(xué)性質(zhì)，可以覆蓋在聚合物的表面以提高其導(dǎo)電性，并在鋰離子二級(jí)電池、高能量電極材料等諸多領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用前景。此外由于其P型電導(dǎo)性， CuS在太陽能電池領(lǐng)域也受到人們廣泛的關(guān)注。上世紀(jì)80年代，基于Cu2S/CdS薄膜的太陽能電池已有研究，近年來基于Cu2S納米晶的太陽能電池也有報(bào)導(dǎo)，但是基于CuS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)的納米太陽能電池仍鮮有研究。Mehta等采用溶劑熱法和局部置換反應(yīng)生長(zhǎng)了 CdS-CuxS單根納米棒異質(zhì)結(jié)，其光伏器件性能比薄膜太陽能電池顯著提高，但是其制備的工藝過程復(fù)雜，且可控性差，同時(shí)η型半導(dǎo)體材料CdS的毒性也在一定程度上限制了其廣泛使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種基于CuS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)的納米太陽能電池的制備方法，所要解決的技術(shù)問題是遴選一種環(huán)保的電極材料并在保證太陽能電池性能的前提下簡(jiǎn)化制
備方法。ITO(氧化銦錫)薄膜是一種η型半導(dǎo)體材料，具有高的電導(dǎo)率、高的可見光透過率、高的機(jī)械硬度和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，是液晶顯示器、等離子顯示器、觸摸屏、太陽能電池以及其他電子儀表的透明電極最常用的薄膜材料。在此我們利用其作為電極材料并與CuS 形成ρ-η結(jié),構(gòu)成CuS/ITO肖特基結(jié)納米太陽能電池。本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明基于CuS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)的納米太陽能電池的制備方法，其特征在于將 CuS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)3分散在覆有絕緣層2的硅片I上，通過一次紫外光刻的方法在絕緣層 2上制備一金屬薄膜電極對(duì)4，所述金屬薄膜電極4通過所述CuS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)3連通并且所述金屬薄膜電極對(duì)4與CuS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)3呈歐姆接觸；然后通過紫外光刻的方法在絕緣層2上制備一 ITO透明薄膜電極5，所述ITO透明薄膜電極5位于所述金屬薄膜電極對(duì)4之間并且與所述CuS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)3交叉呈肖特基接觸，得到基于CuS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)的納米太陽能電池即CuS/ITO肖特基結(jié)準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)的納米太陽能電池。所述CuS準(zhǔn)ー維納米結(jié)構(gòu)3為長(zhǎng)度不小于10 ii m的納米線、納米管或納米帶,其中納米管的直徑小于I Pm。所述金屬薄膜電極對(duì)4為包括In、Ti、Au、Cu中的ー種或幾種。所述ITO透明薄膜電極5采用脈沖激光沉積的方法鍍膜，鍍膜時(shí)的真空度為 1-3 X10_3Pa，沉積所用激光能量為120mJ，脈沖頻率為5Hz。所述ITO透明薄膜電極5厚度為50-500nm，所述ITO透明薄膜電極5和所述CuS 準(zhǔn)ー維納米結(jié)構(gòu)3相接觸的寬度小于5 ii m。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在本發(fā)明所述ITO薄膜電極5與所述CuS準(zhǔn)ー維納米結(jié)構(gòu)3交叉呈肖特基接觸，形成 CuS/ITO肖特基結(jié)納米太陽能電池，可直接完成異質(zhì)結(jié)的形成和器件制備，制備過程簡(jiǎn)單易行，采用ITO作為電極材料并與CuS形成p-n結(jié)，環(huán)保可靠。
四

圖I是實(shí)施例中CuS/ITO肖特基結(jié)納米太陽能電池的器件結(jié)構(gòu)示意圖。其中I為硅片，2為絕緣層，3為CuS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)，4為金屬薄膜電極對(duì)，5為 ITO薄膜電極。圖2是實(shí)施例中CuS/ITO肖特基結(jié)納米太陽能電池的SEM照片。圖3是實(shí)施例中以Cu/Au復(fù)合電極為歐姆接觸電極的CuS納米管的I_V曲線。圖4是實(shí)施例中CuS/ITO肖特基結(jié)納米太陽能電池的光伏特性曲線。圖5是實(shí)施例中CuS/ITO肖特基結(jié)納米太陽能電池的光響應(yīng)曲線。
五具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明基于CuS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)的納米太陽能電池的制備方法，非限定實(shí)施例如下。 I、將常規(guī)液相犧牲模板法合成的CuS納米管(J. Mater. Chem.，2006，16， 3326-3331, diameters in the range of 60_160nm and lengths of more than 40ym)3 超聲分散在無水こ醇中形成懸浮液，用膠頭滴管吸取懸浮液滴在清潔的覆有300nm厚的SiO2 絕緣層2的硅片I上，實(shí)現(xiàn)CuS納米管3在絕緣層2上的均勻、水平分散，通過電子顯微鏡觀察，使其分散密度約為5-12根/mm2。均勻旋涂正性光刻膠后，利用掩模板進(jìn)行紫外曝光井顯影，光刻出ー對(duì)電極圖形，該對(duì)電極圖形之間的距離為8 ym，并且該對(duì)電極圖形通過CuS 納米管3連通；利用電子束蒸發(fā)技術(shù)先蒸鍍ー層IOnm厚的Cu，再蒸鍍ー層50nm厚的Au，得到Cu/Au復(fù)合電極即金屬薄膜電極對(duì)4作為歐姆接觸電極，金屬薄膜電極對(duì)4與CuS納米管3呈歐姆接觸；接著用丙酮去除未曝光的光刻膠及其上方蒸鍍的金屬。2、均勻旋涂正性光刻膠后利用另ー掩模板進(jìn)行紫外曝光并顯影，在絕緣層2上光刻制備ー寬度為3 y m的T型電極圖形，該T型電極圖形位于所述金屬薄膜電極對(duì)4之間并且與所述CuS納米管3交叉，利用脈沖激光沉積的方法(真空度為I 3 X 10 ,激光能量為120mJ，頻率為5Hz)蒸鍍300nm厚的ITO薄膜，接著用丙酮去除未曝光的光刻膠及其上方蒸鍍的ITO從而得到ITO薄膜電極5，ITO薄膜電極5和CuS納米管3相交形成肖特基接
4觸，得到CuS/ITO肖特基結(jié)納米太陽能電池。本發(fā)明CuS/ITO肖特基結(jié)納米太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖如圖I所示。SEM照片如圖 2所示。圖3所示為以Cu/Au復(fù)合電極為歐姆接觸電極的CuS納米管的I-V曲線，表明CuS 和Cu/Au復(fù)合電極間形成良好的歐姆接觸。圖4是在光強(qiáng)為O. 35mW cnT2功率的白光條件下，CuS/ITO肖特基結(jié)納米太陽能電池的光伏特性曲線，開路電壓Voc為O. 045V，短路電流 Isc為O. 265 μ A，填充因子FF為22. 36%，轉(zhuǎn)換效率為L(zhǎng) 174%。圖5是CuS/ITO肖特基結(jié)在O偏壓下的光響應(yīng)曲線，表明該肖特基結(jié)有良好的光響應(yīng)和穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.基于CuS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)的納米太陽能電池的制備方法,其特征在于將CuS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)(3)分散在覆有絕緣層(2)的硅片(I)上，通過紫外光刻的方法在絕緣層(2) 上制備一金屬薄膜電極對(duì)(4)，所述金屬薄膜電極(4)通過所述CuS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)(3)連通并且所述金屬薄膜電極對(duì)(4)與CuS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)(3)呈歐姆接觸；然后通過紫外光刻的方法在絕緣層(2)上制備一 ITO透明薄膜電極(5)，所述ITO透明薄膜電極(5)位于所述金屬薄膜電極對(duì)(4)之間并且與所述CuS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)(3)交叉呈肖特基接觸，得到基于CuS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)的納米太陽能電池即CuS/ITO肖特基結(jié)準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)的納米太陽能電池；所述絕緣層⑵為Si02。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述CuS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)(3)為長(zhǎng)度不小于10 ii m的納米線、納米管或納米帶；所述納米管的直徑小于I U m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述金屬薄膜電極對(duì)(4)為包括In、 Ti、Au、Cu中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述ITO透明薄膜電極(5)采用脈沖激光沉積的方法鍍膜，鍍膜時(shí)的真空度為1-3X 10_3Pa，沉積所用激光能量為120mJ，脈沖頻率為5Hz。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述ITO透明薄膜電極(5)厚度為 50-500nm，所述ITO透明薄膜電極(5)和所述CuS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)(3)相接觸的寬度小于 5 u m0
全文摘要
本發(fā)明公開了基于CuS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)的納米太陽能電池的制備方法，首先通過一次紫外光刻的方法在CuS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)上制備一對(duì)金屬薄膜電極，這對(duì)金屬薄膜電極通過所述CuS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)連通，與其呈歐姆接觸；然后通過二次紫外光刻，在該對(duì)金屬薄膜電極中插入銦錫氧化物(ITO)透明薄膜電極，所述ITO薄膜電極與所述CuS準(zhǔn)一維納米結(jié)交叉呈肖特基接觸，形成CuS/ITO肖特基結(jié)納米太陽能電池。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單易行，穩(wěn)定可靠，可以應(yīng)用到多種準(zhǔn)一維納米尺寸的肖特基結(jié)納米太陽能電池的制備。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102583223SQ20121005364
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者于永強(qiáng), 呂鵬, 吳義良, 吳春艷, 張梓晗, 揭建勝, 王文堅(jiān), 王莉, 羅林保 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)