專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體納米線基有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域?qū)儆诟咝?yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，相關(guān)器件開(kāi)發(fā)具有很好的技術(shù) 應(yīng)用前景，涉及一類(lèi)將納米硅，II-VI族化合物氧化鋅、二氧化鈦、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘納 米線陣列，有機(jī)聚合物聚3-己基噻吩(P3HT)、聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)_1，4_苯 乙烯](MEH-PPV)、聚3-辛基噻吩(P30T)，三種不同的半導(dǎo)體材料進(jìn)行復(fù)合，制備具有高轉(zhuǎn) 換效率和性能穩(wěn)定的“有機(jī)聚合物/II-VI族化合物納米線/納米硅”有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng) 能電池結(jié)構(gòu)的新技術(shù)。由本發(fā)明技術(shù)實(shí)現(xiàn)的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池是對(duì)現(xiàn)有硅晶太陽(yáng) 能電池的一種技術(shù)發(fā)展嘗試，符合國(guó)家現(xiàn)行能源技術(shù)方向，同時(shí)也是一種環(huán)境友好技術(shù)。
背景技術(shù)：
近十年來(lái)，高速增長(zhǎng)的能源價(jià)格促使人們盡快尋找傳統(tǒng)的能源如石油、原煤、天然 氣的替代品，越來(lái)越嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題也不斷挑戰(zhàn)人類(lèi)的可持續(xù)發(fā)展。作為一個(gè)經(jīng)濟(jì)快 速發(fā)展的國(guó)家，我國(guó)在能源方面的需求與日俱增，隨之由能源利用產(chǎn)生的環(huán)境污染問(wèn)題也 越來(lái)越突出。太陽(yáng)能作為一種可再生能源，具有清潔、豐富、安全等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而近年來(lái)世 界上很多國(guó)家都投入了大量資金來(lái)開(kāi)展這方面的研究。我國(guó)擁有遼闊的疆域面積，很多地 區(qū)陽(yáng)光充足，利用太陽(yáng)能資源具有先天優(yōu)勢(shì)。在我國(guó)政府2006年公布的《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué) 和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》中，也提出要把發(fā)展新能源資源作為今后科技發(fā)展的首要主攻方向 之一，并力求在太陽(yáng)能等可再生能源技術(shù)方面取得突破并實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的基本裝置就是太陽(yáng)能電池。從材料上劃分，太陽(yáng) 能電池可以分為基于無(wú)機(jī)材料、有機(jī)聚合物材料以及有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料三類(lèi)。無(wú)機(jī)材料 的太陽(yáng)能電池優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率高，缺點(diǎn)在于制作程序復(fù)雜，原材料昂貴，一般需要經(jīng)過(guò)高 溫、高真空或復(fù)雜的刻蝕程序。而基于有機(jī)材料的太陽(yáng)能電池則以質(zhì)量輕、柔性好以及成本 相對(duì)較低、易于制備等優(yōu)點(diǎn)引起了人們廣泛關(guān)注，但該類(lèi)電池的能量轉(zhuǎn)換效率一般不高，這 也是阻礙其應(yīng)用的主要瓶頸之一。這種低效率主要源于有機(jī)材料一般都具有較低的載流子 遷移率，解決該問(wèn)題的主要途徑就是把有機(jī)物聚合物和無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料復(fù)合起來(lái)形成光伏 結(jié)構(gòu)，利用電子遷移率高、穩(wěn)定性好的無(wú)機(jī)材料作為電子傳輸介質(zhì)，這樣在一定程度上可以 極大減少載流子的復(fù)合損失，進(jìn)而提高太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)，考慮到準(zhǔn)一維 無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)，因具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)特征和物理性能，如大的比表面積、顯著的量子尺 寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等，不僅在發(fā)光器件、微型激光器、納米發(fā)電機(jī)以及氣 敏、濕敏傳感器等方面有著廣泛的應(yīng)用前景，在有機(jī)聚合物和無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料復(fù)合形成太 陽(yáng)能電池器件中同樣有著明顯的優(yōu)越性。尤其是在基于無(wú)機(jī)納米線的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng) 能電池器件中，更是存在納米結(jié)構(gòu)比表面積大可充分吸收太陽(yáng)光輻照能、無(wú)機(jī)納米線材料 的電子遷移率高易于傳輸電子、有機(jī)聚合物成本較低且柔性好、構(gòu)成復(fù)合材料的各組分因 具有不同帶隙寬度可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光的多波段吸收，以及制作工藝相對(duì)比較簡(jiǎn)單等諸多優(yōu) 點(diǎn)。例如，對(duì)于許多僅用共軛聚合物制備的有機(jī)太陽(yáng)能電池而言，由于其結(jié)構(gòu)中作為P型半 導(dǎo)體的共軛聚合物材料多為無(wú)定形、結(jié)晶度較低，分子間作用力較弱，光生載流子主要在分子內(nèi)的共軛鍵上運(yùn)動(dòng)，而在分子間的遷移則比較困難，從而導(dǎo)致材料的電子遷移率較低。于 是，為了提高其電子遷移率，有效解決途徑之一就是在有機(jī)聚合物體系中引入高遷移率的 一維無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米材料，如納米線或納米棒等，作為η型半導(dǎo)體的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米材料 與作為ρ型半導(dǎo)體的聚合物形成共混型的D/A互穿網(wǎng)絡(luò)來(lái)構(gòu)筑光伏結(jié)構(gòu)，利用電子遷移率 較高的無(wú)機(jī)材料作為電子的傳輸介質(zhì)。這種結(jié)構(gòu)有效地利用了有機(jī)、無(wú)機(jī)材料間的功能互 補(bǔ)與優(yōu)勢(shì)協(xié)同既利用了無(wú)機(jī)納米晶載流子遷移率高、化學(xué)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，又保留了有機(jī) 聚合物材料良好的柔韌性和可加工性。但這類(lèi)有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合體系中由于無(wú)機(jī)納米棒在聚 合物中是非連續(xù)存在的，也就是說(shuō)載流子并沒(méi)有僅通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單通道而直接快速地傳輸?shù)?底面電極，從而使得電子在納米晶中傳輸仍然要穿過(guò)多重晶界，這不僅會(huì)極大降低電子的 傳輸速率，而且晶界處的缺陷還會(huì)俘獲大量的傳導(dǎo)電子而導(dǎo)致電池能量轉(zhuǎn)換效率的下降。 而本發(fā)明所采用的高度取向的單晶半導(dǎo)體化合物納米線作為電子的快速傳輸通道，而有機(jī) 聚合物作為空穴傳輸介質(zhì)，避免了現(xiàn)有的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)中電子傳輸都要 經(jīng)過(guò)多重晶界的不足，從而真正意義上實(shí)現(xiàn)了電子的快速輸運(yùn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)上述問(wèn)題提出了一種制備有序的納米線基有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能 電池器件的新方法，能大幅度提高太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率，為今后制造出高度有效的 太陽(yáng)能電池提供新思路。本發(fā)明所采取的制備技術(shù)，包括以下步驟利用水熱腐蝕法或電化學(xué)腐蝕將電阻率在0. 001-50 Ω . cm的η型硅進(jìn)行腐蝕得到 納米硅襯底可制備出在可見(jiàn)光區(qū)有效吸收率達(dá)到80%以上的納米硅材料；水熱腐蝕條件是將<111>或<100>或<101>晶向的、電阻率在0. 001-50 Ω . cm的 η型單晶硅置于填充有0. 5-7. Omol/1氫氟酸和0. 01-0. 50mol/l硝酸鐵混合溶液的反應(yīng) 釜中，釜中體積填充度為20% -80%，70-17(TC溫度條件下腐蝕5-100分鐘；電化學(xué)腐蝕條 件是以體積比例為1 5-1 1的氫氟酸、乙醇混合溶液作為電解液，氫氟酸溶液濃度為 0. 5-7. Omol/1,以碳棒為陰極，通以50_500mA電流進(jìn)行電化學(xué)腐蝕；在納米硅襯底上利用低溫液相化學(xué)方法，高溫化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)技術(shù)或低溫電解 法生長(zhǎng)直徑在l-5000nm范圍內(nèi)可調(diào)，長(zhǎng)徑比在10-500范圍內(nèi)可調(diào)的納米硅基氧化鋅納米 線或二氧化鈦納米線；本發(fā)明以上述制備出的納米硅作為襯底，以鋅粉，氧氣作為反應(yīng)原料，氮?dú)庾鳛楸?護(hù)氣，鋅粉或者鈦粉與氧氣比例為每克鋅粉或者鈦粉對(duì)應(yīng)氧氣流量為2-20sCCm，氧氣和氮 氣體積混合比例為1 20-1 5，在壓力為0. 5-5(yTorr，溫度在400-1000°C的反應(yīng)環(huán)境中， 以化學(xué)氣相沉積法；或通過(guò)配置鋅離子濃度在0. 01-0. 5mol/L，pH值在7-8內(nèi)的弱堿性生長(zhǎng) 液，在60-90°C條件下反應(yīng)8-M小時(shí)，以化學(xué)熱液法實(shí)現(xiàn)氧化鋅納米線在其上的高度取向 生長(zhǎng)(組裝)。得到的納米硅基氧化鋅納米線陣列均沿c軸向上生長(zhǎng)。同樣可以通過(guò)與上述參數(shù) 一致的化學(xué)氣相沉積法或低溫液相化學(xué)方法可以實(shí)現(xiàn)二氧化鈦、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘等 II-VI族納米線在納米硅上的定向生長(zhǎng)。通過(guò)電測(cè)量確定II-VI族化合物納米線的導(dǎo)電類(lèi) 型、摻雜濃度和遷移率，反饋的信息用于改進(jìn)生長(zhǎng)條件，最終生長(zhǎng)得到工藝條件可控、納米線取向性好的單晶II-VI族化合物納米線/納米硅體系。利用勻膠技術(shù)將0. 2-10mg/ml的有機(jī)聚合物溶液聚3_己基噻吩(P3HT)或聚 [2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)_1，4-苯乙烯](MEH-PPV)或聚3-辛基噻吩(P30T)均勻旋 涂到II-VI族化合物納米線上。有機(jī)聚合物溶液的溶劑成分為氯仿或吡啶、有機(jī)聚合物溶 液的濃度為0. 2-10mg/ml、勻膠旋涂5_60分鐘時(shí)間和勻膠旋涂的轉(zhuǎn)速為1500-8000轉(zhuǎn)/分 鐘，得到厚度在0. 1-1微米的有機(jī)聚合物層，在惰性氣體氣氛中，200-400°C條件下退火處 理。制備得到具有有機(jī)聚合物/II-VI族化合物納米線/納米硅三層結(jié)構(gòu)；

最后蒸鍍氟化鎂增透膜和正面鎳/金電極及背面金屬電極。本發(fā)明在上述得到的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)上，采用磁控濺射法制備一 層厚度在3-lOnm增透膜，利用真空蒸鍍方法制作電極即可實(shí)現(xiàn)一類(lèi)新型太陽(yáng)能電池器件。采用本發(fā)明制備技術(shù)實(shí)現(xiàn)的“有機(jī)聚合物/II-VI族化合物納米線/納米硅”有機(jī) /無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池器件相比與現(xiàn)有的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明利用納米硅表面微/納米層次織構(gòu)化特征、應(yīng)力分布和化學(xué)活性差異，可 以有效減小硅材料與II-VI族化合物半導(dǎo)體材料復(fù)合時(shí)二者之間的晶格失配度，從而可以 實(shí)現(xiàn)單晶度高的化合物半導(dǎo)體納米線在其上的位置選擇性可控生長(zhǎng)；本發(fā)明提出利用高度取向的半導(dǎo)體化合物納米線與有機(jī)聚合物結(jié)合形成具有有 序結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)體系，使高度取向的單晶半導(dǎo)體化合物納米線作為電子的快速傳輸通道， 而有機(jī)聚合物作為空穴傳輸介質(zhì)，避免了現(xiàn)有的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)中電子傳輸 都要經(jīng)過(guò)多重晶界的不足，從而真正意義上實(shí)現(xiàn)了電子的快速輸運(yùn)；本發(fā)明復(fù)合體系中II-VI族化合物半導(dǎo)體納米線尺寸較小且納米線直徑在3 5000nm范圍可調(diào)控，這些納米線具有的巨大比表面積有利于充分吸收太陽(yáng)光能量；本發(fā)明復(fù)合體系提出“有機(jī)聚合物/II-VI族化合物納米線/納米硅”有機(jī)/無(wú)機(jī) 復(fù)合太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，利用其三重結(jié)構(gòu)中最上層的有機(jī)聚合物、中間層II-VI族化合物納 米線陣列和納米硅襯底分別在可見(jiàn)光區(qū)不同波段區(qū)域具有的較強(qiáng)光吸收來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光 的三段吸收，使該光伏器件更加充分地利用了光能；由本發(fā)明提出的制備技術(shù)實(shí)現(xiàn)的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池有望有效解決目前 太陽(yáng)能電池發(fā)展所遇到問(wèn)題，是對(duì)現(xiàn)有硅晶太陽(yáng)能電池的一種技術(shù)發(fā)展嘗試，符合國(guó)家現(xiàn) 行能源技術(shù)的方向。因此，項(xiàng)目實(shí)施將具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，同時(shí)也是一種環(huán)境友好 技術(shù)


圖1 新型半導(dǎo)體納米線基有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)圖。圖中①是增透膜，②是鎳/金電極，③是有機(jī)聚合物，④II-VI族化合物半導(dǎo)體納 米線，⑤是硅襯底上生長(zhǎng)出的納米硅，⑥是單晶硅層，⑦是背電極。
具體實(shí)施例方式下面針對(duì)新型半導(dǎo)體納米線基有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池的制備方法進(jìn)行比較 詳細(xì)的說(shuō)明。將不同晶向(如<111>、<100>、<101>等)電阻率在0. 001-50 Ω · cm的η型單晶硅置于由0. 5-7. Omol/1氫氟酸和0. 01-0. 50mol/l硝酸鐵混合溶液的高壓反應(yīng)釜中，高壓釜 的溶液體積填充度為20% _80%，用水熱腐蝕法在70-170攝氏度條件下腐蝕5-100分鐘制 備得到納米硅襯底，或者以體積比例為1 5-1 1的氫氟酸、乙醇溶液作為電解液，以碳 棒為陰極，通以50-500mA電流進(jìn)行電化學(xué)腐蝕制備得到納米硅襯底。以鋅粉，氧氣作為反 應(yīng)原料，氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣，氧氣和氮?dú)饣旌媳壤秊? 20-1 5，在壓力為0. 5-50Torr，溫 度在400-1000°C的環(huán)境中的化學(xué)氣相沉積法；或通過(guò)配置鋅離子濃度在0. 01-0. 5mol, pH 值在7. 5-8內(nèi)的弱堿性生長(zhǎng)液，在60-90°C條件下反應(yīng)8-M小時(shí)，實(shí)現(xiàn)氧化鋅納米線在納 米硅襯底上的沿c軸定向生長(zhǎng)，得到具有結(jié)晶度好的氧化鋅納米線陣列。同樣可以通過(guò)與 上述參數(shù)一致的化學(xué)氣相沉積法或低溫液相化學(xué)方法可以實(shí)現(xiàn)二氧化鈦、硫化鎘、硒化鎘、 碲化鎘等II-VI族納米線在納米硅上的定向生長(zhǎng)。并用勻膠技術(shù)將用氯仿或吡啶作溶劑合 成的、0. 2-10mg/ml的有機(jī)聚合物聚3-己基噻吩(P3HT)或聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧 基)-1，4_苯乙烯](MEH-PPV)或聚3-辛基噻吩(P30T)均勻旋涂到該襯底表面的II-VI族 化合物納米線上。通過(guò)調(diào)節(jié)溶劑成分為氯仿或吡啶、0. 2-10mg/ml有機(jī)聚合物濃度、5_30分 鐘的勻膠旋涂時(shí)間和1500-8000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速，得到厚度在0. 1-1微米之間的有機(jī)聚合 物層，在惰性氣體氣氛中，200-400°C條件下退火處理，獲得納米線和聚合物接觸良好的最 佳復(fù)合條件。構(gòu)筑出“有機(jī)聚合物/II-VI族化合物納米線/納米硅”有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng) 能電池結(jié)構(gòu)。在材料上下表面分別利用磁控濺射法制備氟化鎂增透膜，真空蒸鍍法制備金 屬電極，得到具有新型結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體納米線基有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池。舉例1.在IOOml高壓反應(yīng)釜中加入7mol/L的氫氟酸水溶液80ml，稱(chēng)量1. 686g硝酸鐵 溶解在氫氟酸溶液中制得腐蝕液。將單面拋光η型(111)、電阻率為10 Ω cm的單晶硅片切 割為2cmX 2cm大小后放置于上述腐蝕液中。在70°C條件下腐蝕100分鐘得到納米硅襯底。在管式加熱爐中放入0. 2g鋅粉，利用氣體流量計(jì)通200sCCm氮?dú)夂?0sCCm氧氣 的混合氣體，氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體，氧氣作為反應(yīng)氣體。利用真空泵控制反應(yīng)室壓強(qiáng)在5T0rr 左右。將納米硅襯底置于鋅源氣流下游，在500°C條件下反應(yīng)20分鐘。得到平均長(zhǎng)徑比在 15左右的納米硅基氧化鋅納米線陣列。利用勻膠機(jī)將配置好的、0. 2mg/ml的P3HT吡啶溶液以1500轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速旋涂 5分鐘，得到厚度為0. 5微米左右的有機(jī)聚合物層，在氬氣氣氛中，以200°C條件加熱20分 鐘，自然冷卻，形成P3HT/氧化鋅納米異質(zhì)結(jié)。利用蒸鍍方法分別在有機(jī)材料表面蒸鍍5nm厚的氟化鎂增透膜，然后在樣品正反 兩面分別蒸鍍厚度為IOnm的鎳/金薄膜和厚度為200nm的鋁薄膜金屬電極，制備到得3層 結(jié)構(gòu)的“P3HT/Zn0納米線/納米硅”有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池器件。這樣得到的電池短 路電流密度為1. 3mA/cm2，開(kāi)路電壓為0. 85V，填充因子為0. 61，能量轉(zhuǎn)換效率為2. 63%。2.在IOOml聚四氟乙烯電解槽中加入40ml的5mol/L的氫氟酸溶液和40ml無(wú)水 乙醇作為電解液。將單面拋光η型(111)、電阻率為l.OQcm的單晶硅片切割為2cmX2cm 大小后固定于電解液中。用碳棒作為陰極，通以300mA電流，腐蝕20分鐘得到納米硅襯底。稱(chēng)量0. 439g硝酸鋅和2. 804g六次甲基四氨(HMT)溶解在40ml去離子水中制備 成為生長(zhǎng)液，生長(zhǎng)液PH值為7. 9，將納米硅襯底固定于生長(zhǎng)液中，90攝氏度恒溫水浴生長(zhǎng)10 小時(shí)，得到平均長(zhǎng)徑比在100左右的納米硅基氧化鋅納米線陣列。
利用高 速勻膠機(jī)將0.5mg/ml的聚[2-甲氧基_5_ (2_乙基己氧基)_1，4_苯乙烯] (MEH-PPV)氯仿溶液以8000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速旋涂30分鐘，得到厚度為0. 2微米左右的有機(jī) 聚合物層，在氬氣氣氛中，以400°C條件加熱100分鐘，自然冷卻，形成MEH-PPV/氧化鋅納米 線/納米硅三層復(fù)合結(jié)構(gòu)。利用蒸鍍技術(shù)分別在有機(jī)材料表面蒸鍍7nm厚的氟化鎂增透膜，然后在樣品正反 兩面分別蒸鍍厚度為5nm的鎳/金薄膜和厚度為200nm的鋁薄膜金屬電極，制備到得3層 結(jié)構(gòu)的“MEH-PPV/ZnO納米線/納米硅”有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池器件。這樣得到的電池 短路電流密度為2. ImA/cm2，開(kāi)路電壓為1. 24V，填充因子為0. 51，能量轉(zhuǎn)換效率為0. 65%。3.在IOOml高壓反應(yīng)釜中加入4mol/L的氫氟酸溶液50ml，去離子水20ml，稱(chēng)量 1. 686g九水合硝酸鐵溶解在氫氟酸溶液中。將單面拋光η型(100)、電阻率為0. 1 Ω cm單 晶硅片切割為2cmX2cm大小，清洗干凈后固定于腐蝕液中。在170°C條件下腐蝕5分鐘得 到硅納米孔柱陣列。在管式加熱爐中放入0. Ig鈦粉，利用氣體流量計(jì)通200sCCm氮?dú)夂?0sCCm氧氣 的混合氣體，氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體，氧氣作為反應(yīng)氣體。利用真空泵控制反應(yīng)室壓強(qiáng)在5T0rr 左右。將納米硅襯底置于鈦源氣流下游，在700°C條件下反應(yīng)40分鐘。得到平均長(zhǎng)徑比在 10左右的納米硅基二氧化鈦納米線陣列。利用高速勻膠機(jī)將配置好的5mg/ml的吡啶溶液旋涂在納米硅基硒化鎘納米線陣 列上，以5000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速旋涂20分鐘，得到厚度為0. 6微米左右的有機(jī)聚合物層，在 氦氣氣氛中，以300°C條件加熱120分鐘，自然冷卻，形成P30T/硒化鎘納米線/納米硅三層
復(fù)合結(jié)構(gòu)。利用蒸鍍方法分別在有機(jī)材料表面蒸鍍5nm厚的氟化鎂增透膜，然后在樣品正反 兩面分別蒸鍍厚度為IOnm的鎳/金薄膜和厚度為200nm的鋁薄膜金屬電極，制備到得3層 結(jié)構(gòu)的“P30T/CdSe納米線/納米硅”有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池器件。這樣得到的電池短 路電流密度為2. 0ImA/cm2，開(kāi)路電壓為0. 94V，填充因子為0. 59，能量轉(zhuǎn)換效率為1. 65%。
權(quán)利要求
1.半導(dǎo)體納米線基有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于利用水熱腐 蝕法或電化學(xué)腐蝕將電阻率在0. 001-50 Ω . cm的η型硅進(jìn)行腐蝕得到納米硅襯底水熱腐 蝕條件是將<111>或<100>或<101>晶向的、電阻率在0. 001-50 Ω . cm的η型單晶硅置于 填充有0. 5-7. Omol/1氫氟酸和0. 01-0. 50mol/l硝酸鐵混合溶液的反應(yīng)釜中，釜中體積填 充度為20% -80%，70-170°C溫度條件下腐蝕5-100分鐘；電化學(xué)腐蝕條件是以體積比例為 1:5-1: 1的氫氟酸、乙醇溶液作為電解液，以碳棒為陰極，通以50-500mA電流進(jìn)行電化 學(xué)腐蝕；在納米硅襯底上利用低溫液相化學(xué)方法，高溫化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)技術(shù)或低溫電解法生 長(zhǎng)直徑在l-5000nm范圍內(nèi)可調(diào)，長(zhǎng)徑比在10-500范圍內(nèi)可調(diào)的納米硅基氧化鋅納米線或 二氧化鈦納米線；利用勻膠技術(shù)將有機(jī)聚合物溶液聚3-己基噻吩(P3HT)或聚[2-甲氧基-5-(2-乙 基己氧基)-1，4_苯乙烯](MEH-PPV)或聚3-辛基噻吩(P30T)均勻旋涂到氧化鋅納米線或 二氧化鈦納米線上；有機(jī)聚合物溶液的溶劑成分為氯仿或吡啶、有機(jī)聚合物溶液的濃度為 0. 2-10mg/ml、勻膠旋涂5_60分鐘時(shí)間和勻膠旋涂的轉(zhuǎn)速為1500-8000轉(zhuǎn)/分鐘，得到厚度 在0. 1-1微米的有機(jī)聚合物層，在惰性氣體氣氛中，200-400°C條件下退火處理；制備得到 具有有機(jī)聚合物/II-VI族化合物納米線/納米硅三層結(jié)構(gòu)；最后蒸鍍氟化鎂增透膜和正面鎳/金電極及背面金屬電極。
全文摘要
半導(dǎo)體納米線基有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池的制備方法屬于新能源技術(shù)領(lǐng)域。其特征是先利用電化學(xué)腐蝕或水熱腐蝕技術(shù)制備出在可見(jiàn)光區(qū)域具有良好光吸收性能的納米硅，在納米硅襯底上利用高溫化學(xué)氣相沉積法或低溫液相化學(xué)方法生長(zhǎng)出氧化鋅或二氧化鈦或硫化鎘或硒化鎘納米線陣列，進(jìn)而在納米線陣列上旋涂3-己基噻吩(P3HT)或聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1，4-苯乙烯](MEH-PPV)或聚3-辛基噻吩(P3OT)構(gòu)成三層復(fù)合結(jié)構(gòu)體系。最后制備氟化鎂或氟化鈣表面增透膜及金屬薄膜電極來(lái)形成太陽(yáng)能電池器件。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便易行，制備條件溫和，重復(fù)率達(dá)到100％，制備得到的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料體系是未來(lái)制造全硅基太陽(yáng)能電池器件的重要材料。
文檔編號(hào)C30B29/16GK102148332SQ20101057118
公開(kāi)日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者唐穎, 孫曉明, 廛宇飛, 李德堯, 蘇雷, 許海軍, 韋昭 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)