[发明专利]钒酸铋/铁酸铋异质结薄膜太阳能电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜沉积及太阳能电池制备技术领域，尤其是涉及一种将超薄铁酸铋层植入到钒酸铋薄膜和电极之间来在制备钒酸铋/铁酸铋异质结薄膜太阳能电池的方法。

背景技术

在过去几年里，铁电薄膜在薄膜太阳能电池薄膜领域的研究取得了较大的突破。新的技术和方法不断的应用到提高铁电薄膜的光伏效应上，其中包括利用地能带纳米金属氧化物颗粒或者是薄膜来改善太阳能电池的效率。此外，铁电薄膜由于其自发极化和极化可控的性质而在太阳能电池中的应用越来越得到重视。目前已经有研究人员利用超薄有机铁电聚合物P(VDF-TrFE)或无机铁电氧化物薄膜应用到有机太阳能电池中形成异质结薄膜太阳能电池，发现铁电材料具有提高和控制光伏效应的特点。铁电材料有望能够在太阳能电池领域得到重要的应用。

而目前还没有人利用无机超薄铁电薄膜来改善和控制无机光伏半导体太阳能电池。铋基氧化物半导体包括BiFeO₃(BFO)、Bi₂WO₆(BWO)和BiVO₄(BVO)因具有低的能带(2.4～2.8eV)和丰富的原料来源及经济的制备方法而在光催化以及太阳能电池领域得到应用。其中BiFeO₃具有较强的自极化，这种自极化有望能够像P(VDF-TrFE)等铁电材料一样对无机太阳能电池的光伏效应进行改善和控制。

迄今为止，尚没有一种在玻璃基地上制备BVO/BFO异质结薄膜及其太阳能电池的方法。

发明内容

本发明的目的就是为了改善和控制无机太阳能电池的光伏效应而提供一种在较廉价的玻璃基板上通过化学溶液沉积法将超薄BiFeO₃层植入到BiVO₄薄膜和电极之间来在制备异质结太阳能电池的方法，制备BiVO₄/BiFeO₃异质结太阳能电池的方法，制备方法简便，有利于降低成本，制备的异质结薄膜具有较优越的光伏性能并具有类似于二极管的单向导电特性，显示出可观的应用前景。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：选择玻璃作为基底，通过化学溶液沉积法制备钙钛矿结构BiVO₄/BiFeO₃异质结薄膜，然后通过物理溅射法在薄膜制备1mm*0.5mm的上电极，获得BiVO₄/BiFeO₃异质结太阳能电池，具体包括以下步骤：

步骤1：BiFeO₃和BiVO₄的前驱体溶液配制：

将Bi(NO₃)₃·5H₂O和Fe(NO₃)₃·9H₂O按Bi∶Fe摩尔比为1∶1溶解到N，N-二甲基甲酰胺中得到BiFeO₃前驱体溶液(BFO前驱体溶液)，

将Bi(NO₃)₃·5H₂O和NH₃VO₃按Bi∶V摩尔比为1∶1溶解到N，N-二甲基甲酰胺为溶剂，以柠檬酸、乙酸和乙醇胺为辅助溶剂的混合溶剂中得到BiVO₄前驱体溶液(BVO前驱体溶液)；

步骤2：采用化学溶液沉积法将BiFeO₃前驱体溶液在玻璃基板上沉积得到厚度5～30nm的超薄BFO铁电薄膜；

步骤3：采用化学溶液沉积法将BiVO₄前驱体溶液沉积在步骤2得到沉积有超薄BFO铁电薄膜的玻璃基板上，沉积厚度为150nm～200nm，即得到BVO/BFO异质结薄膜；

步骤4：通过物理溅射法在步骤3得到的BVO/BFO异质结薄膜上沉积上电极，即制备得到太阳能电池的上电极。

所采用的玻璃基板可以是FTO导电玻璃或ITO导电玻璃。

所采用的上电极可以是Au电极、ITO电极或AZO背反射电极。

步骤2和步骤3中采用的化学溶液沉积法包括以下步骤：

1)利用甩胶机将BiFeO₃前驱体溶液甩胶到玻璃基板上，控制转速为500rpm甩胶10秒然后在3000～4000rpm转速下甩胶30秒；