[发明专利]一种三硫化二锑纳米棒阵列的制备方法及基于其的太阳电池

说明书

本发明公开了一种三硫化二锑纳米棒阵列的制备方法及基于其的太阳电池，是首先通过溶液法在TiO₂纳米颗粒致密薄膜上沉积Sb₂S₃种子晶体，再通过溶液法在分散有Sb₂S₃种子晶体的TiO₂薄膜上制备出Sb₂S₃纳米棒阵列，最后在Sb₂S₃纳米棒阵列上沉积共轭聚合物薄膜和阴极层，即获得了基于Sb₂S₃纳米棒阵列的具有p‑i‑n结构的太阳电池。本发明的太阳电池具有300‑750nm的光谱响应范围，电池的转换效率达到5.24％，且制备方法简单，具有很好的大规模应用的潜力。

技术领域

本发明属于太阳电池领域，尤其涉及一种基于Sb₂S₃纳米棒阵列的太阳电池及其制备方法。

背景技术

光伏发电技术是解决能源危机与环境污染的有效途径之一，开发环保、低价、高效的太阳电池器件实现光电转换至关重要。窄带隙半导体的一维纳米棒/丝阵列具有大的比表面积，可通过散射来增加对光的捕获能力，从而产生更多的光生载流子，并可提供直接的载流子快速输运通道，因而在太阳电池的研究和开发中具有很大的应用潜力(Sci.Bull.2016,61,357-367)。目前，高效阵列电池中常用的窄带隙半导体主要有硅纳米棒/丝阵列(Nano Today 2016,11,704-737)和III-V族化合物纳米棒/丝阵列(Nano Today2017,12,31-45；Appl.Phys.Rev.2018,5,041305)。在III-V族化合物半导体中，GaAs纳米棒/丝阵列电池的效率达到15.3％(IEEE J.Photovoltaics 2016,6,185-190)，而InP纳米棒/丝阵列电池的效率已达到13.8-17.8％(Science2013,339,1057-1060；ACS Nano 2016,10,11414-11419)。为了获得光伏性能，这些阵列是由径向或轴向的p-i-n结组成的纳米线/棒构成。轴向p-i-n结是通过对沿纳米线轴向的各区域进行不同掺杂得到的，而径向p-i-n结是通过制备具有不同掺杂的核壳结构得到的。这些p-i-n纳米棒/丝阵列的制备过程，通常涉及化学气相沉积和分子束外延生长，技术繁琐复杂且条件要求苛刻，不利于大规模生产。