[发明专利]基于CuS准一维纳米结构的纳米太阳能电池的制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种半导体器件的制备方法，具体地说是基于CuS准一维纳米结构的纳米太阳能电池的制备方法。

二、背景技术

太阳能由于具有充分的清洁性、绝对的安全性、资源的相对广泛性和充足性、长寿命以及易于维护等其他常规能源所不具有的优点，被认为是21世纪最重要的新能源。无机半导体准一维纳米结构具有高结晶性、高纯度、直接的电子通道和快速的电子传输等特点，而在纳米太阳能电池方面有着重要的应用。目前主要的纳米太阳能电池有：染料敏化太阳能电池，无机纳米颗粒太阳能电池，纳米晶聚合物太阳能电池等等。与传统的单晶和薄膜太阳能电池相比，纳米太阳能电池在工艺、尺寸、成本上都有相当大的优势。

硫化铜(CuS)是很重要的过渡金属硫属化合物，带隙能为1.2eV，由于其优异的电学、光学以及其他的物理和化学性质，可以覆盖在聚合物的表面以提高其导电性，并在锂离子二级电池、高能量电极材料等诸多领域都有很好的应用前景。此外由于其p型电导性，CuS在太阳能电池领域也受到人们广泛的关注。上世纪80年代，基于Cu₂S/CdS薄膜的太阳能电池已有研究，近年来基于Cu₂S纳米晶的太阳能电池也有报导，但是基于CuS准一维纳米结构的纳米太阳能电池仍鲜有研究。Mehta等采用溶剂热法和局部置换反应生长了CdS-Cu_xS单根纳米棒异质结，其光伏器件性能比薄膜太阳能电池显著提高，但是其制备的工艺过程复杂，且可控性差，同时n型半导体材料CdS的毒性也在一定程度上限制了其广泛使用。

三、发明内容

本发明旨在提供一种基于CuS准一维纳米结构的纳米太阳能电池的制备方法，所要解决的技术问题是遴选一种环保的电极材料并在保证太阳能电池性能的前提下简化制备方法。

ITO(氧化铟锡)薄膜是一种n型半导体材料，具有高的电导率、高的可见光透过率、高的机械硬度和良好的化学稳定性，是液晶显示器、等离子显示器、触摸屏、太阳能电池以及其他电子仪表的透明电极最常用的薄膜材料。在此我们利用其作为电极材料并与CuS形成p-n结，构成CuS/ITO肖特基结纳米太阳能电池。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明基于CuS准一维纳米结构的纳米太阳能电池的制备方法，其特征在于：将CuS准一维纳米结构3分散在覆有绝缘层2的硅片1上，通过一次紫外光刻的方法在绝缘层2上制备一金属薄膜电极对4，所述金属薄膜电极4通过所述CuS准一维纳米结构3连通并且所述金属薄膜电极对4与CuS准一维纳米结构3呈欧姆接触；然后通过紫外光刻的方法在绝缘层2上制备一ITO透明薄膜电极5，所述ITO透明薄膜电极5位于所述金属薄膜电极对4之间并且与所述CuS准一维纳米结构3交叉呈肖特基接触，得到基于CuS准一维纳米结构的纳米太阳能电池即CuS/ITO肖特基结准一维纳米结构的纳米太阳能电池。

所述CuS准一维纳米结构3为长度不小于10μm的纳米线、纳米管或纳米带，其中纳米管的直径小于1μm。

所述金属薄膜电极对4为包括In、Ti、Au、Cu中的一种或几种。

所述ITO透明薄膜电极5采用脉冲激光沉积的方法镀膜，镀膜时的真空度为1-3×10^-3Pa，沉积所用激光能量为120mJ，脉冲频率为5Hz。

所述ITO透明薄膜电极5厚度为50-500nm，所述ITO透明薄膜电极5和所述CuS准一维纳米结构3相接触的宽度小于5μm。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明所述ITO薄膜电极5与所述CuS准一维纳米结构3交叉呈肖特基接触，形成CuS/ITO肖特基结纳米太阳能电池，可直接完成异质结的形成和器件制备，制备过程简单易行，采用ITO作为电极材料并与CuS形成p-n结，环保可靠。

四、附图说明

图1是实施例中CuS/ITO肖特基结纳米太阳能电池的器件结构示意图。

其中1为硅片，2为绝缘层，3为CuS准一维纳米结构，4为金属薄膜电极对，5为ITO薄膜电极。

图2是实施例中CuS/ITO肖特基结纳米太阳能电池的SEM照片。

图3是实施例中以Cu/Au复合电极为欧姆接触电极的CuS纳米管的I-V曲线。

图4是实施例中CuS/ITO肖特基结纳米太阳能电池的光伏特性曲线。

图5是实施例中CuS/ITO肖特基结纳米太阳能电池的光响应曲线。

五、具体实施方式