專利名稱：一種氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于薄膜太陽(yáng)能電池制備的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法。
背景技術(shù)：
氧化鋅屬于第三代半導(dǎo)體材料，是II - VI族直接寬禁帶半導(dǎo)體氧化物，室溫下禁帶寬度約為3. 37eV，激子束縛能高達(dá)60meV，因此能在室溫及更高溫度產(chǎn)生近紫外的短波激子發(fā)光。ZnO有很強(qiáng)的紫外受激輻射和光生伏效應(yīng)，特別適合制作高效率藍(lán)色、紫外發(fā)光和探測(cè)器等光電器件以及太陽(yáng)能電池等。目前制備氧化鋅薄膜的方法有有機(jī)化學(xué)氣相沉積法、磁控濺射法、脈沖激光沉積法、分子束外延法等，但是這些方法存在設(shè)備昂貴、工藝復(fù)雜、成本高、產(chǎn)量低等缺點(diǎn)，難以滿足氧化鋅納米材料與器件迅速實(shí)用化的需要，另一個(gè)制約氧化鋅/氧化亞銅太陽(yáng)能電池實(shí)用的技術(shù)障礙是光電轉(zhuǎn)化效率低。目前采用電化學(xué)沉積法制備出的氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽(yáng)能電池，需要經(jīng)過(guò)熱處理、添加ZnO粉制備緩沖溶液等方法使效率有所提高，但是一方面增加了成本，另一方面效率仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論最大值(18%)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)存的技術(shù)不足，提供一種氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法。本發(fā)明公開(kāi)了一種基于電化學(xué)沉積技術(shù)，以透明導(dǎo)電玻璃為襯底制備氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽(yáng)能電池的方法。本發(fā)明的氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法為首先通過(guò)電化學(xué)沉積在透明導(dǎo)電玻璃上沉積一層氧化鋅納米材料；以制備出的氧化鋅納米材料為基底，沉積一層氧化亞銅薄膜；再通過(guò)離子濺射在透明導(dǎo)電玻璃和氧化亞銅上制備金電極，從而獲得太陽(yáng)能電池。上述方法的具體步驟如下
(1)將FTO透明導(dǎo)電玻璃切成IXkm的基片，接著用光漂洗滌劑超聲清洗30-60 min, 再用酒精超聲清洗30-60 min，最后用蒸餾水超聲清洗10-30 min，然后放入烘干箱干燥以
(2)將干燥的基片放入電解槽中，施加0.1-1 mA/cm2的恒電流，在60_90°C下沉積 0. 5- ，所采用電解液是濃度為0. 03-0. 5 mol/1硝酸鋅溶液，制備得到氧化鋅納米材料；
(3)將得到的氧化鋅納米材料放入電解槽，電流密度為0.1-0. 3 mA/cm2，在40-80°C下沉積時(shí)間30-90分鐘，得到一層氧化亞銅薄膜，制備出納米氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)，采用的電解液為硫酸銅與乳酸的混合液，硫酸銅濃度0. 2-0.4 mol/Ι，乳酸濃度為1_5 mol/1 ；
(4)以帶孔的鋅金屬片為掩膜，通過(guò)離子濺射在氧化亞銅薄膜上制備金電極。 本發(fā)明公開(kāi)的另一種氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，首先通過(guò)電化學(xué)沉積在透明導(dǎo)電玻璃上沉積一層氧化鋅薄膜；以制備出的氧化鋅薄膜為基底，沉積一層氧化亞銅薄膜；再通過(guò)離子濺射在透明導(dǎo)電玻璃和氧化亞銅上制備金電極，從而獲得太陽(yáng)能電池。 上述方法的具體步驟如下
(1)將FTO透明導(dǎo)電玻璃切成IXkm的基片，接著用光漂洗滌劑超聲清洗30-60 min, 再用酒精超聲清洗30-60 min，最后用蒸餾水超聲清洗10-30 min，然后放入烘干箱干燥以
(2)將干燥的基片放入電解槽中，施加0.1 -1 mA/cm2的恒電流，在60-90°C下沉積 0. 5- ，所采用電解液是濃度為0. 3-0. 5 mol/1硝酸鋅溶液，制備得到氧化鋅薄膜；
(3)將得到的氧化鋅薄膜放入電解槽，電流密度為0.1-0. 3 mA/cm2，在40-80°C下沉積時(shí)間30-90分鐘，得到一層氧化亞銅薄膜，制備出氧化鋅/氧化亞銅薄膜異質(zhì)結(jié)，采用的電解液為硫酸銅與乳酸的混合液，硫酸銅濃度0. 2-0.4 mol/Ι，乳酸濃度為1_5 mol/1 ；
(4)以帶孔的鋅金屬片為掩膜，通過(guò)離子濺射在氧化亞銅薄膜上制備金電極。本發(fā)明公開(kāi)的另一種氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，首先通過(guò)電化學(xué)沉積在透明導(dǎo)電玻璃上沉積一層氧化鋅納米線；以制備出的氧化鋅納米線為基底，沉積一層氧化亞銅薄膜；再通過(guò)離子濺射在透明導(dǎo)電玻璃和氧化亞銅上制備金電極，從而獲得太陽(yáng)能電池。上述方法的具體步驟如下
(1)將FTO透明導(dǎo)電玻璃切成IXkm的基片，接著用光漂洗滌劑超聲清洗30-60 min, 再用酒精超聲清洗30-60 min，最后用蒸餾水超聲清洗10-30 min，然后放入烘干箱干燥以
(2)將干燥的基片放入電解槽中，施加0.1 -1 mA/cm2的恒電流，在60-90°C下沉積 0. 5- ，所采用電解液是濃度為0. 03-0. 05 mol/Ι硝酸鋅溶液，制備得到氧化鋅納米線；
(3)將得到的氧化鋅納米線放入電解槽，電流密度為0.1-0. 3 mA/cm2，在40-80°C下沉積時(shí)間30-90分鐘，得到一層氧化亞銅薄膜，制備出氧化鋅/氧化亞銅薄膜異質(zhì)結(jié)，采用的電解液為硫酸銅與乳酸的混合液，硫酸銅濃度0. 2-0.4 mol/Ι，乳酸濃度為1_5 mol/Ι ；
(4)以帶孔的鋅金屬片為掩膜，通過(guò)離子濺射在氧化亞銅薄膜上制備金電極。本發(fā)明公開(kāi)的另一種氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，首先通過(guò)電化學(xué)沉積在透明導(dǎo)電玻璃上沉積一層氧化鋅納米線，將得到的氧化鋅納米線通過(guò)選擇性化學(xué)腐蝕制備氧化鋅納米管；然后以制備出的氧化鋅納米管為基底，沉積一層氧化亞銅薄膜； 再通過(guò)離子濺射在透明導(dǎo)電玻璃和氧化亞銅上制備金電極，從而獲得太陽(yáng)能電池。其中，所述的選擇性化學(xué)腐蝕是指，將沉積有氧化鋅納米線的透明導(dǎo)電玻璃放入 0. 1-0. 2 mol/Ι氫氧化鉀溶液中，在70-80 °C下腐蝕60-120 min，制得氧化鋅納米管。上述方法的具體步驟如下
(1)將FTO透明導(dǎo)電玻璃切成IXkm的基片，接著用光漂洗滌劑超聲清洗30-60 min, 再用酒精超聲清洗30-60 min，最后用蒸餾水超聲清洗10-30 min，然后放入烘干箱干燥以
(2)將干燥的基片放入電解槽中，施加0. 1 -1 mA/cm2的恒電流，在60-90°C下沉積 0. 5- ，所采用電解液是濃度為0. 03-0. 05 mol/Ι硝酸鋅溶液，制備得到氧化鋅納米線；
5(3)將沉積有氧化鋅納米線的透明導(dǎo)電玻璃放入0.1-0.2 mol/Ι的氫氧化鉀溶液中，在 70-80 °C下腐蝕60-120 min，制得氧化鋅納米管；
(4)將得到的氧化鋅納米管放入電解槽，電流密度為0.1-0. 3 mA/cm2，在40-80°C下沉積時(shí)間30-90分鐘，得到一層氧化亞銅薄膜，制備出納米管/薄膜結(jié)構(gòu)的氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)，采用的電解液為硫酸銅與乳酸的混合液，硫酸銅濃度0. 2-0. 4 mol/Ι，乳酸濃度為 1-5 mol/Ι ；
(5)以帶孔的鋅金屬片為掩膜，通過(guò)離子濺射在氧化亞銅薄膜上制備金電極。本發(fā)明的制備方法分別以氧化鋅薄膜/納米線/納米管為基底，沉積一層氧化亞銅薄膜，制備出三種結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池；得到三種異質(zhì)結(jié)為氧化鋅薄膜與氧化亞銅薄膜接觸形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)、氧化亞銅填充在氧化鋅納米線陣列中形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)、氧化亞銅填充于氧化鋅納米管中形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明是通過(guò)電化學(xué)沉積制備氧化鋅薄膜、納米線，并通過(guò)選擇性腐蝕方法將氧化鋅納米線轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米管，進(jìn)一步通過(guò)沉積一層P型氧化亞銅薄膜而形成異質(zhì)結(jié)，由此異質(zhì)結(jié)組裝成的太陽(yáng)能電池可作為穩(wěn)定的電流源。本發(fā)明的有益效果為該工藝制備的異質(zhì)結(jié)表現(xiàn)出明顯的整流特性，由于增大了 p-n結(jié)面積，納米薄膜、納米線或納米管形成的電池，其p-n結(jié)面積依次增大，對(duì)于氧化鋅薄膜與氧化亞銅薄膜接觸形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)、納米線/薄膜結(jié)構(gòu)的氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)、納米管/薄膜結(jié)構(gòu)的氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)，短路電流、開(kāi)路電壓和效率明顯提高。通過(guò)本發(fā)明的方法制備得到的太陽(yáng)能電池，可以提供穩(wěn)定的恒電流輸出，能夠明顯改善其性能，光電轉(zhuǎn)化效率高，并且實(shí)現(xiàn)了氧化物太陽(yáng)能電池的快速、低成本、無(wú)污染、大批量生產(chǎn)?？傊?， 本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單、無(wú)污染，原材料豐富、廉價(jià)，特別適合制備大批量、低成本太陽(yáng)能電池。1.氧化鋅/氧化亞銅形成的異質(zhì)結(jié)的整流特性評(píng)價(jià)。將制備好的樣品放置于韓國(guó)Ecopia公司生產(chǎn)的EPS-300探針臺(tái)上，由型電流\電壓源表提供電壓，測(cè)試樣品的電流密度-電壓特性曲線。圖7是氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)的電流密度-電壓(I-V)特性曲線，三種結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)曲線類似，都表現(xiàn)出明顯的整流特性，其中正向?qū)妷杭s為0. 5V，在-3V時(shí)電流約為50 μ A，在3V時(shí)電流密度約為200 μ Α。2.太陽(yáng)能電池性能測(cè)試
此測(cè)試是在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下進(jìn)行的，為測(cè)試溫度25士2°C，光源的光譜輻照度IOOmW/ cm2,并具有標(biāo)準(zhǔn)的AMI. 5太陽(yáng)光譜輻照度分布。測(cè)試結(jié)果為在光照下可作為電池持續(xù)輸出電流，隨p-n結(jié)面積增大，輸出電流更高，性能更好。具體參數(shù)見(jiàn)表1。表1性能參數(shù)測(cè)試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，首先通過(guò)電化學(xué)沉積在透明導(dǎo)電玻璃上沉積一層氧化鋅納米材料；以制備出的氧化鋅納米材料為基底，沉積一層氧化亞銅薄膜；再通過(guò)離子濺射在透明導(dǎo)電玻璃和氧化亞銅上制備金電極，從而獲得太陽(yáng)能電池。
2.如權(quán)利要求1所述的氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，其具體步驟如下(1)將FTO透明導(dǎo)電玻璃切成IXkmW基片，接著用光漂洗滌劑超聲清洗30-60 min, 再用酒精超聲清洗30-60 min，最后用蒸餾水超聲清洗10-30 min，然后放入烘干箱干燥以(2)將干燥的基片放入電解槽中，施加0.1-1 mA/cm2的恒電流，在60_90°C下沉積 0. 5- ，所采用電解液是濃度為0. 03-0. 5 mol/1硝酸鋅溶液，制備得到氧化鋅納米材料；(3)將得到的氧化鋅納米材料放入電解槽，電流密度為0.1-0. 3 mA/cm2，在40-80°C下沉積時(shí)間30-90分鐘，得到一層氧化亞銅薄膜，制備出納米氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)，采用的電解液為硫酸銅與乳酸的混合液，硫酸銅濃度0. 2-0.4 mol/Ι，乳酸濃度為1_5 mol/1 ；(4)以帶孔的鋅金屬片為掩膜，通過(guò)離子濺射在氧化亞銅薄膜上制備金電極。
3.一種氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，首先通過(guò)電化學(xué)沉積在透明導(dǎo)電玻璃上沉積一層氧化鋅薄膜；以制備出的氧化鋅薄膜為基底，沉積一層氧化亞銅薄膜； 再通過(guò)離子濺射在透明導(dǎo)電玻璃和氧化亞銅上制備金電極，從而獲得太陽(yáng)能電池。
4.如權(quán)利要求3所述的氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，其具體步驟如下(1)將FTO透明導(dǎo)電玻璃切成IXkm的基片，接著用光漂洗滌劑超聲清洗30-60 min, 再用酒精超聲清洗30-60 min，最后用蒸餾水超聲清洗10-30 min，然后放入烘干箱干燥以(2)將干燥的基片放入電解槽中，施加0.1-1 mA/cm2的恒電流，在60_90°C下沉積 0. 5- ，所采用電解液是濃度為0. 3-0. 5 mol/Ι硝酸鋅溶液，制備得到氧化鋅薄膜；(3)將得到的氧化鋅薄膜放入電解槽，電流密度為0.1-0. 3 mA/cm2，在40-80°C下沉積時(shí)間30-90分鐘，得到一層氧化亞銅薄膜，制備出氧化鋅/氧化亞銅薄膜異質(zhì)結(jié)，采用的電解液為硫酸銅與乳酸的混合液，硫酸銅濃度0. 2-0.4 mol/Ι，乳酸濃度為1_5 mol/Ι ；(4)以帶孔的鋅金屬片為掩膜，通過(guò)離子濺射在氧化亞銅薄膜上制備金電極。
5.一種氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，首先通過(guò)電化學(xué)沉積在透明導(dǎo)電玻璃上沉積一層氧化鋅納米線；以制備出的氧化鋅納米線為基底，沉積一層氧化亞銅薄膜；再通過(guò)離子濺射在透明導(dǎo)電玻璃和氧化亞銅上制備金電極，從而獲得具有納米線/薄膜結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池。
6.如權(quán)利要求5所述的氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，其具體步驟如下(1)將FTO透明導(dǎo)電玻璃切成IXkm的基片，接著用光漂洗滌劑超聲清洗30-60 min, 再用酒精超聲清洗30-60 min，最后用蒸餾水超聲清洗10-30 min，然后放入烘干箱干燥以(2)將干燥的基片放入電解槽中，施加0. 1 -1 mA/cm2的恒電流，在60-90°C下沉積 0. 5- ，所采用電解液是濃度為0. 03-0. 05 mol/Ι硝酸鋅溶液，制備得到氧化鋅納米線；(3)將得到的氧化鋅納米線放入電解槽，電流密度為0.1-0. 3 mA/cm2，在40-80°C下沉積時(shí)間30-90分鐘，得到一層氧化亞銅薄膜，制備出氧化鋅/氧化亞銅薄膜異質(zhì)結(jié)，采用的電解液為硫酸銅與乳酸的混合液，硫酸銅濃度0. 2-0.4 mol/Ι，乳酸濃度為1_5 mol/1 ；(4)以帶孔的鋅金屬片為掩膜，通過(guò)離子濺射在氧化亞銅薄膜上制備金電極。
7.如權(quán)利要求5所述的氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于 將得到的氧化鋅納米線通過(guò)選擇性化學(xué)腐蝕制備氧化鋅納米管；然后以制備出的氧化鋅納米管為基底，沉積一層氧化亞銅薄膜；再通過(guò)離子濺射在透明導(dǎo)電玻璃和氧化亞銅上制備金電極，從而獲得太陽(yáng)能電池。
8.如權(quán)利要求7所述的氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于 所述的選擇性化學(xué)腐蝕是指，將沉積有氧化鋅納米線的透明導(dǎo)電玻璃放入0. 1-0. 2 mol/1 的氫氧化鉀溶液中，在70-80 °C下腐蝕60-120 min，制得氧化鋅納米管。
9.如權(quán)利要求7所述的氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，其具體步驟如下(1)將FTO透明導(dǎo)電玻璃切成IXkmW基片，接著用光漂洗滌劑超聲清洗30-60 min, 再用酒精超聲清洗30-60 min，最后用蒸餾水超聲清洗10-30 min，然后放入烘干箱干燥以(2)將干燥的基片放入電解槽中，施加0.1-1 mA/cm2的恒電流，在60_90°C下沉積 0. 5- ，所采用電解液是濃度為0. 03-0. 05 mol/Ι硝酸鋅溶液，制備得到氧化鋅納米線；(3)將沉積有氧化鋅納米線的透明導(dǎo)電玻璃放入0.1-0.2 mol/Ι的氫氧化鉀溶液中，在 70-80 °C下腐蝕60-120 min，制得氧化鋅納米管；(4)將得到的氧化鋅納米管放入電解槽，電流密度為0.1-0. 3 mA/cm2,在40_80°C下沉積時(shí)間30-90分鐘，得到一層氧化亞銅薄膜，制備出納米管/薄膜結(jié)構(gòu)的氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)，采用的電解液為硫酸銅與乳酸的混合液，濃度硫酸銅濃度0. 2-0. 4 mol/Ι，乳酸濃度為 1-5 mol/Ι ；(5)以帶孔的鋅金屬片為掩膜，通過(guò)離子濺射在氧化亞銅薄膜上制備金電極。
全文摘要
本發(fā)明屬于薄膜太陽(yáng)能電池制備的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，通過(guò)電化學(xué)沉積以透明導(dǎo)電玻璃為襯底沉積一層氧化鋅納米材料，再以制備出的氧化鋅納米材料為基底，沉積一層氧化亞銅薄膜，制備氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽(yáng)能電池。本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單、無(wú)污染，原材料豐富、廉價(jià)，特別適合制備大批量、低成本太陽(yáng)能電池。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102214734SQ20111015015
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月7日
發(fā)明者鞏海波, 徐紅燕, 曹丙強(qiáng), 魏浩銘 申請(qǐng)人:濟(jì)南大學(xué)