[发明专利]复合纳米异质结薄膜材料及复合异质结太阳电池制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备方法，特别是涉及一种复合纳米异质结薄膜材料及复合异质结太阳电池制备方法。

背景技术

当前，能源环境问题日益严峻，科学界一直致力于研究除硅以外的资源丰富的能源材料。金属氧化物材料具有非同一般的光学和电学性能，ZnO是重要n型的宽带隙半导体材料，其室温下禁带宽度为:3.37eV，激子束缚能为60meV，远大于室温热离化能(26meV)，可在较低阀值下产生激子受激辐射，在室温和高温下可实现激子复合发光，是一种制备短波长发光器件的理想材料。ZnS的禁带宽度为3.7eV，可发出波长约330nm的短波紫外发光和激光，激子束缚能为40meV。可以预见ZnO和ZnS是两种非常重要的II-VI族直接宽带隙半导休材料，具有优异的光电特性，在发光二极管、传感器和光催化等领域具有广阔应用前景，因此研究p-n复合异质结材料是非常有意义。

Cu₂O是一种很早就被发现的半导体材料，少有的能被可见光激发的半导体材料，其禁带宽度约为2.17eV，可被波长为400~800nm的可见光激发，此外Cu₂O无毒，储量丰富，制备成本低，理论利用效率高，在电极材料、催化领域，电子器件和气敏元件等方面具有重要的应用。研究制备低成本的Cu₂O基太阳能电池对替代高成本电池，实现太阳能电池的大规模民用化具有重要意义。通过界面结构梳状化，制备三维结构复合薄膜异质结太阳能电池，可以有效增加异质结界面面积，这样在增加多重吸光的同时可以缩短光生载流子的收集长度，降低光生载流子的复合几率，有利于提高电池效率。由于固体无机半导体材料在填充过程中受到与复杂几何结构有关的阴影效应的制约往往无法在纳米结构表面保形覆盖或很难实现其在纳米多孔中致密化填充，因此，探索一种在取向阵列中充分填充无机固体半导体的技术制备复合异质结电池是提高电池技术的关键。

目前尚未有ZnO/ZnS/Cu₂O复合异质结薄膜材料制备方法的相关报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种复合纳米异质结薄膜材料及复合异质结太阳电池制备方法，其在ZnO纳米棒阵列空隙中填充ZnS，再用电化学沉积技术将Cu₂O沉积在ZnO或ZnS纳米棒表面形成ZnO/ZnS/Cu₂O复合异质结薄膜材料及其制备太阳电池的方法，采用本方法制得的电池成本低，制备简单，电池性能好。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种复合纳米异质结薄膜材料制备方法，其特征在于，所述复合纳米异质结薄膜材料制备方法中的复合纳米异质结薄膜材料包括基底、液相生长在基底上的n型ZnO纳米棒阵列薄膜和采用连续离子沉积法在ZnO纳米棒阵列间隙中填充ZnS薄膜，是采用ZnS薄膜填充到空隙，再用电化学沉积法把Cu₂O沉积在ZnO或ZnS纳米棒表面，具体过程包括以下步骤：

步骤一，将制备好的ZnO纳米棒阵列放入Zn(NO₃)₂溶液中放置沉积，然后用去离子水冲洗；再放入Na₂S溶液中放置沉积，然后用去离子水冲洗；循环周期为15次，ZnS自下而上充分填充到纳米棒阵列的空隙中形成了ZnO/ZnS复合纳米薄膜；

步骤二，以碱性铜盐溶液为电解液，在-0.4~0.6V的沉积电位下沉积70-150s，将p型Cu₂O电化学沉积在ZnO或ZnS纳米棒表面，实现p型Cu₂O半导体对ZnO或ZnS纳米棒的保形覆盖，形成ZnO/ZnS/Cu₂O。

优选地，所述步骤一中的沉积条件为：溶液浓度为0.1-0.2MpH为12-13，沉积温度15-25℃，沉积时间5-10min，循环周期为15-25次。

优选地，所述步骤二中的沉积条件为：沉积溶液pH11.0-13.0，沉积温度50-60℃，电位为-0.4V，沉积时间100s。

优选地，所述步骤二所用的碱性铜盐溶液为0.2~0.3M的CuSO₄，溶液中加入乳酸作为络合剂，乳酸浓度为4M。