一種MoS2/Sip-n結太陽能電池器件及其制備方法技術領域本發(fā)明屬于新能源太陽能光伏領域，具體地說是涉及了一種MoS2/Sip-n結太陽能電池器件，以及基于磁控濺射技術制備MoS2/Sip-n結太陽能電池器件的方法。

背景技術：
進入二十一世紀以來，隨著社會發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對能源的需求急劇增加。傳統(tǒng)化石能源的日益枯竭以及對環(huán)境造成的破壞逐漸顯現(xiàn)，迫使各國將新能源的開發(fā)和利用作為國家未來能源發(fā)展戰(zhàn)略。太陽能是新能源中最普遍，也是較早被人們使用的，并且具有與電力技術兼容性好，安全性高等優(yōu)點。太陽能電池是一種常見的將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的器件。目前光伏市場上80％是晶體硅太陽能電池，晶體硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率達到了24.7％，接近理論數(shù)值30％。但是生產(chǎn)過程能耗高，成本高，對環(huán)境污染大，嚴重阻礙了晶體硅太陽能電池大規(guī)模的推廣應用。其次，碲化鎘(CdTe)和銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池也在光伏市場上占據(jù)很大比重。美國第一太陽能電池公司的碲化鎘(CdTe)和銅銦鎵硒(CIGS)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率都達到了11％以上，但是碲化鎘中，碲是地球上的稀有元素，同時，碲化鎘薄膜太陽能電池中重金屬鎘，在工業(yè)生產(chǎn)中會對環(huán)境造成污染。銅銦鎵硒薄膜太陽能電池制備流程復雜，成本高，不良品率高，電池預置層硒化技術使用的H2Se氣體，有劇毒，易揮發(fā)。這些不利條件都限制了這類化合物在太陽能電池領域的大規(guī)模應用。在薄膜型太陽電池研究中，染料敏化納米薄膜太陽電池制備成本比較低，目前這種電池的實驗室最高效率達到12％。但由于液體電解質(zhì)的存在，這種電池的穩(wěn)定性較差。因此，尋找一種綠色環(huán)保，成本低，高效，穩(wěn)定，工藝簡單的太陽能電池已成為當前熱門課題。目前各種新型半導體材料被應用于新型薄膜太陽能電池的研制，其中半導體MoS2在光伏領域表現(xiàn)出的優(yōu)良性能引起了廣泛關注。MoS2是一種過渡金屬硫化物，化學性質(zhì)穩(wěn)定，熱穩(wěn)定性能好。因此，MoS2作為一種新型二維層狀納米材料被廣泛應用于物理、材料、化學等領域。層狀的MoS2在納米尺度上具有二維結構，這比納米硅材料的三維體相結構更容易實現(xiàn)半導體的微型化和高能效電子芯片。例如：單層MoS2的晶體管已經(jīng)被證實開關比率達到了108，并且能耗較低。相對于石墨烯的零能帶隙，二硫化鉬存在著可調(diào)控的能帶隙(MoS2的禁帶寬度1.2～1.8eV)，因此在制備光電器件領域存在著廣闊領域。Tsai等人提出了利用化學沉積方法得到的單層MoS2與p-Si形成了P-N結，實驗結果表明，此結構的太陽能電池器件的轉(zhuǎn)換效率達到了5.23％，是該結構的過渡金屬硫化物太陽能電池中達到的最高轉(zhuǎn)換效率。但是，單層MoS2在光吸收和電子轉(zhuǎn)移方面都存在缺陷。Shanmugam等人提出了在ITO玻璃上沉積的多層MoS2與金屬金(Au)形成肖特基結，該結構的太陽能電池的光電換效率達到了1.8％，但是，該制備工藝過程復雜，表面缺陷多，不良產(chǎn)品率高。相比較而言，MoS2薄膜太陽能電池制備工藝簡單，容易大面積生長，制備和使用過程中無毒害物質(zhì)產(chǎn)生。同時，以薄膜型態(tài)，有利于將MoS2材料與傳統(tǒng)半導體Si進行疊加集成，非常適合大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。

技術實現(xiàn)要素：
基于上述技術問題，本發(fā)明提供一種MoS2/Sip-n結太陽能電池器件，以及該MoS2/Sip-n結太陽能電池器件的制備方法。本發(fā)明所采用的技術解決方案是：一種MoS2/Sip-n結太陽能電池器件，包括MoS2薄膜層、作為MoS2薄膜層載體的Si襯底、金屬Pd電極及金屬In電極，MoS2薄膜層設置在Si襯底一面，金屬Pd電極設置在MoS2薄膜層表面，金屬In電極設置在Si襯底另一面，金屬Pd電極與金屬In電極分別連接金屬Cu導線。優(yōu)選的，所述MoS2薄膜層厚度為70-80nm。優(yōu)選的，所述Si襯底為p型Si單晶襯底，電阻率為1.2～1.8Ω·cm。優(yōu)選的，所述金屬Pd電極的厚度為30-40nm，所述金屬In電極的厚度為0.2mm，所述Cu導線的直徑為0.1mm。一種MoS2/Sip-n結太陽能電池器件的制備方法，包括以下步驟：(1)選取Si襯底，對其進行第一次清洗，然后采用化學腐蝕方法去除清洗后Si襯底表面氧化層，再對去除表面氧化層的Si襯底進行第二次清洗，清洗完成后對Si襯底進行干燥；(2)將干燥后的Si襯底裝入托盤并放入真空腔，在Ar氣氣體環(huán)境下，采用直流磁控濺射技術，利用電離出的離子轟擊MoS2靶材，在Si襯底表面沉積MoS2薄膜層；(3)再在真空腔及Ar氣氣體環(huán)境下，采用直流磁控濺射技術，利用電離出的離子轟擊Pd靶材，在MoS2薄膜層表面沉積金屬Pd電極；(4)采用熱壓方式，在Si襯底背面完成金屬In電極的壓制；(5)分別在金屬Pd電極與金屬In電極上引出金屬Cu導線，完成MoS2/Sip-n結太陽能電池器件的制備。優(yōu)選的，步驟(1)中，所述Si襯底為p型Si單晶襯底，尺寸為10×10mm，電阻率為1.2～1.8Ω·cm；所述第一次清洗過程如下：將帶有氧化層的Si襯底在高純酒精中超聲清洗600s；所述Si襯底表面氧化層的去除過程如下：將帶有氧化層的Si襯底放入體積分數(shù)為4％的氫氟酸溶液中，并超聲清洗60s；所述第二次清洗過程如下：將Si襯底依次在高純酒精和丙酮溶液中交替超聲清洗3次，每次清洗的時間長度為180s；所述Si襯底干燥過程是用干燥氮氣將Si襯底吹干，氮氣純度為99.95％。優(yōu)選的，步驟(2)中，所述MoS2靶材為MoS2陶瓷靶，靶材純度為99.9％，所述Ar氣氣壓維持0.3Pa不變，靶基距為50mm，薄膜層的沉積溫度為380℃，薄膜層厚度為70-80nm。優(yōu)選的，步驟(3)中，所述Pd靶材為Pd金屬靶，靶材純度為99.99％，所述Ar氣氣壓維持3Pa不變，靶基距為50mm，薄膜層的沉積溫度為20-25℃，金屬Pd電極厚度為30-40nm。優(yōu)選的，步驟(2)與步驟(3)中，所述真空腔的背底真空度均為5×10-4Pa，真空條件是由機械泵和分子泵雙級真空泵共同制得。優(yōu)選的，步驟(4)中，所述金屬In電極的厚度為0.2mm。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益技術效果是：本發(fā)明通過在p-Si襯底表面沉積MoS2薄膜，形成p-n結，利用該p-n結具有的光伏效應，研制出了一種MoS2/Sip-n結太陽能電池器件。測試結果顯示：在功率為15mW/cm2光照條件下，所制備的MoS2/Sip-n結太陽能電池具有明顯的光伏性能，短路電流3.16mA/cm2，開路電壓0.13V，填充因子0.46，光電轉(zhuǎn)換效率1.3％。同時，該MoS2/Sip-n結太陽能電池具有響應時間快，可重復性高，較弱的光致衰減效應，成本低廉，性能穩(wěn)定等優(yōu)點，而且制備方法簡單，能耗低，綠色環(huán)保。附圖說明下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步說明：圖1為所制備MoS2/Sip-n結的Raman光譜圖。圖2為MoS2/Sip-n結太陽能電池器件性能測量的結構示意圖。圖3為MoS2/Sip-n結太陽能電池器件的光伏性能曲線。圖4為MoS2/Sip-n結太陽能電池器件短路電流隨光照條件的響應性能。圖5為MoS2/Sip-n結太陽能電池器件開路電壓隨光照條件的響應性能。具體實施方式本發(fā)明利用直流磁控濺射技術，在p-Si半導體襯底上沉積MoS2薄膜層，形成p-n結。當有光照時，在內(nèi)建電場的作用下，光生載流子發(fā)生擴散和漂移，最終p-n結兩端形成一個穩(wěn)定的光生電壓，即光伏效應。下面對MoS2/Sip-n結太陽能電池器件的結構及制備方法進行詳細說明。一種MoS2/Sip-n結太陽能電池器件，包括MoS2薄膜層、作為MoS2薄膜層載體的Si襯底、金屬Pd前電極及金屬In背電極。MoS2薄膜層設置在Si襯底表面，MoS2薄膜層厚度為70-80nm，Si襯底為p型Si單晶襯底，電阻率為1.2～1.8Ω·cm。金屬Pd前電極設置在MoS2薄膜層表面，金屬In背電極設置在Si襯底背面。金屬Pd前電極與金屬In背電極分別連接金屬Cu導線。金屬Pd前電極的厚度為30-40nm，金屬In背電極的厚度為0.2mm，Cu導線的直徑為0.1mm。上述MoS2/Sip-n結太陽能電池器件的制備方法，包括以下步驟：(1)選取p型Si單晶襯底，尺寸為10×10mm，電阻率為1.2～1.8Ω·cm，對其進行第一次清洗，然后采用化學腐蝕方法去除清洗后Si襯底表面氧化層，再對去除表面氧化層的Si襯底進行第二次清洗，清洗完成后對Si襯底進行干燥。(2)將干燥后的Si襯底裝入托盤并放入真空腔，真空腔的背底真空度為5×10-4Pa，在Ar氣氣體環(huán)境下，采用直流磁控濺射技術，利用電離出的離子轟擊MoS2靶材，在Si襯底表面沉積MoS2薄膜層。所述MoS2靶材為MoS2陶瓷靶，靶材純度為99.9％，所述Ar氣氣壓維持0.3Pa不變，靶基距為50mm，薄膜層的沉積溫度為380℃，薄膜層厚度為70-80nm。(3)再在真空腔及Ar氣氣體環(huán)境下，采用直流磁控濺射技術，利用電離出的離子轟擊Pd靶材，在MoS2薄膜層表面沉積金屬Pd前電極。所述真空腔的背底真空度為5×10-4Pa，所述Pd靶材為Pd金屬靶，靶材純度為99.99％，所述Ar氣氣壓維持3Pa不變，靶基距為50mm，薄膜層的沉積溫度為20-25℃，金屬Pd前電極厚度為30-40nm。(4)采用熱壓方式，在Si襯底背面完成金屬In背電極的壓制。所述金屬In背電極的厚度為0.2mm。(5)分別在金屬Pd前電極與金屬In背電極上引出直徑為0.1mm的金屬Cu導線，完成MoS2/Sip-n結太陽能電池器件的制備。步驟(1)中，所述第一次清洗過程如下：將帶有氧化層的Si襯底在高純酒精中超聲清洗600s；所述Si襯底表面氧化層的去除過程如下：將帶有氧化層的Si襯底放入體積分數(shù)為4％的氫氟酸溶液中，并超聲清洗60s；所述第二次清洗過程如下：將Si襯底依次在高純酒精和丙酮溶液中交替超聲清洗3次，每次清洗的時間長度為180s；所述Si襯底干燥過程是用干燥氮氣將Si襯底吹干，氮氣純度為99.95％。步驟(2)與步驟(3)中，所述真空條件是由機械泵和分子泵雙級真空泵共同制得。下面結合性能測量結果進一步說明本發(fā)明的效果：圖1為MoS2/Sip-n結的Raman光譜圖。圖中拉曼位移373cm-1和410cm-1散射峰為MoS2薄膜的特征峰，分別對應面內(nèi)振動模式(E12g)和面外振動模式(A1g)。拉曼位移520cm-1為Si襯底的散射峰。圖2為MoS2/Sip-n結太陽能電池器件性能測量的結構示意圖。在性能測試過程中，定義電流的正方向為由金屬In背電極流向金屬Pd前電極。圖3為MoS2/Sip-n結太陽能電池器件的光伏性能曲線。兩條曲線分別代表黑暗和15mW/cm2光照條件下的伏安特性曲線。如圖所示，所制備的MoS2/Sip-n結太陽能電池器件的I-V曲線表現(xiàn)出明顯的不對稱特征，這主要是因為MoS2薄膜與Si襯底形成的p-n結具有良好的整流特性。在15mW/cm2光照條件下，該MoS2/Sip-n結太陽能電池器件表現(xiàn)出良好的光伏特性：開路電壓0.13V，短路電流密度3.16mA/cm2，并且該MoS2/Sip-n結太陽能電池器件的填充因子為0.46，轉(zhuǎn)換效率達到了1.3％。目前國內(nèi)外尚未有在該結構下MoS2/Sip-n結太陽能電池器件的報道。圖4為MoS2/Sip-n結太陽能電池器件短路電流隨光照條件的響應性能。測試電壓為0V。如圖所示，通過改變其所處的光照條件，所制備MoS2/Sip-n結太陽能電池器件，在光照條件，電流迅速增加到3.16mA/cm2，在黑暗條件，電流迅速減小。圖5為MoS2/Sip-n結太陽能電池器件開路電壓隨光照條件的響應性能。測試電壓為0V。如圖所示，通過改變其所處的光照條件，所制備MoS2/Sip-n結太陽能電池器件表現(xiàn)出良好的光響應性能，具有響應速度快、狀態(tài)穩(wěn)定、重復性高等優(yōu)點。