[发明专利]一种基于化学修饰的黑磷材料太阳能电池及制备方法

权利要求书

1.一种基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池，其特征在于：该太阳能电池包括硅衬底(1)、缓冲层(2)、掺镍黑磷薄层(3)、下电极(4)、掺氧黑磷薄层(5)和上电极(6)，其中硅衬底(1)为最底层，在其上表面生长有缓冲层(2)，在缓冲层(2)上表面形成有掺镍黑磷薄层(3)；在掺镍黑磷薄层(3)上表面形成有掺氧黑磷薄层(5)，并在掺镍黑磷薄层(3)上表面蒸镀金属层得到下电极(4)，且掺氧黑磷薄层(5)和下电极(4)不接触；在掺氧黑磷薄层(5)上表面蒸镀金属层，得到上电极(6)；

其中所述的掺镍黑磷薄层(3)中的掺镍黑磷为n型，掺氧黑磷薄层(5)中的掺氧黑磷为p型，二者共同构成Ⅰ型半导体异质结。

2.如权利要求1所述的一种基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池，其特征在于：所述的缓冲层(2)为非晶二氧化硅保护层，其厚度为100～200nm。

3.如权利要求1所述的一种基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池，其特征在于：所述的掺镍黑磷薄层(3)和掺氧黑磷薄层(5)的厚度均为30～50nm。

4.如权利要求1所述的一种基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池，其特征在于：所述的掺镍黑磷薄层(3)中，镍与黑磷的原子个数比为35～45：100；掺氧黑磷薄层(5)中，氧与黑磷的原子个数比为35～45：100。

5.如权利要求1所述的一种基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池，其特征在于：所述的下电极(4)和上电极(6)金属层均为均匀的、纯度大于95wt％的铝层。

6.一种如权利要求1所述的基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1)清洗硅衬底(1)后，在其表面生长得到缓冲层(2)；

2)在缓冲层(2)上表面形成指定厚度的掺镍黑磷，得到掺镍黑磷薄层(3)；

3)在掺镍黑磷薄层(3)上表面形成指定厚度的掺氧黑磷，得到掺氧黑磷薄层(5)；

4)在掺镍黑磷薄层(3)上蒸镀金属层得到下电极(4)，在掺氧黑磷薄层(5)上蒸镀金属层得到上电极(6)，得到所述的基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池。

7.如权利要求6所述的一种基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的清洗硅衬底(1)后，在其表面生长得到缓冲层(2)，是指去除硅衬底(1)上的杂物并用氮气吹干，之后放入石英管中进行处理，以去除硅衬底(1)表面的水汽，然后在其表面通过热氧化过程生长得到缓冲层(2)。

8.如权利要求6所述的一种基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的掺镍黑磷或掺氧黑磷的制备方法如下：

a)将白磷在1000～1200Pa大气压下加热到200～250℃，得到片状黑磷，之后通过机械剥离方法从片状黑磷剥离出多层黑磷烯，然后通过Ar⁺等离子体剥离方法剥离得到少层黑磷烯，最后将少层黑磷烯浸入过氧化氢异丙苯的溶剂中，超声波超声10～15分钟，离心得到层状黑磷烯；

b)利用表面生长有SiO₂的Si基板捞出层状黑磷烯，50～60℃温度下烘干，得到黑磷薄层；

c)通过离子注入工艺，将定量的镍或者氧掺入到步骤b)得到的黑磷薄层中，得到掺镍黑磷或者掺氧黑磷；

d)通过探针剥离的方法剥离掉多余厚度的黑磷，得到指定厚度的掺镍黑磷或者掺氧黑磷。