[发明专利]一种铜锌锡硫微纳二级阵列结构、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种铜锌锡硫微纳二级阵列结构，其由规则排列的微米级半导体球冠、和在球冠表面辐射状生长的半导体纳米管构成，所述半导体为具有单晶结构的铜锌锡硫；所述规则排列的微米级球冠的直径为0.05‑50μm，球冠之间的间隔为0.01‑100μm。微纳二级阵列结构中辐射状生长的半导体纳米管具有较大的比表面积，对光的吸收较纳米线阵列有明显的增强；同时由于微米级半导体球冠外侧纳米管呈辐射状生长，使得从各个角度入射的光线都能够得到很好的吸收，降低了微纳二级阵列对光线入射角度的敏感性。本发明微纳二级阵列结构在光伏领域应用时能够增大太阳能电池对光的吸收，降低太阳能电池成本，提高太阳能电池光电转换效率。

技术领域

本发明属于太阳能光伏电池技术领域，具体涉及一种铜锌锡硫微纳二级阵列结构、制备方法及其应用。

背景技术

近年来国家出台了太阳能屋顶计划、金太阳工程等诸多补贴扶持政策，在政策的支持下中国有望启动一个巨大的太阳电池市场，但当前太阳电池仍存在制备成本高、光电转换效率低等问题。随着纳米技术的发展，人们发现将半导体纳米阵列用于太阳电池的制备，对于降低太阳电池成本，提高其光电转换效率具有重要作用。在众多半导体纳米线材料中，铜锌锡硫（Cu₂ZnSnS₄，CZTS）由于是直接带隙半导体材料，具有可调节的带隙宽度和较高的光吸收系数等众多优点，在光伏领域吸引了广泛关注。

中国专利CN202111328388.4公开了一种铜锌锡硫吸收层薄膜、制备及包含其的太阳电池，该方法采用含氧铜锌锡硫预制层薄膜以及优化硫化工艺可以有效减少漏电通道和减低MoS2的厚度，从而制备出符合太阳电池要求的贫铜富锌的铜锌锡硫吸收层薄膜。但该方法中得到的CZTS薄膜微多晶，在光伏领域应用时，载流子容易复合，容易引起太阳能电池性能衰减。

中国专利CN201210135807.7公开了一种纳米结构CZTS薄膜光伏电池及其制备方法，该方法通过控制沉积元素的种类、沉积元素的顺序及热处理的方式等后续过程来调节吸收层纳米线阵列的成分、相结构及能带结构，从而制备出不同结构和性能的太阳能光伏电池。通过该方法制备的CZTS薄膜光伏电池光反射减少、有极好的光捕获能力、带隙调整得到改善。但纳米线阵列在光伏领域应用时，对太阳光的入射角度比较敏感，需要不断调整电池板的角度来增大对不同方向入射光的吸收，这无疑增加了纳米线太阳能电池的使用成本。

从现有的文献报道来看，纳米阵列应用于光伏领域可以在薄膜的基础上提高对光的吸收，从而增大光电转化效率。虽然有通过溶剂热原位生长法、使用模板的气固反应方法制备的多种纳米阵列，但是目前还不存在一种工艺简单、制作成本较低且能够用于大面积纳米线阵列制备的方法，而且当前制备的纳米阵列太阳能电池同样需要随着太阳位置的改变而不断改变太阳能电池板的方向，造成太阳能电池成本的提高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明目的在于提供一种铜锌锡硫微纳二级阵列结构，该阵列在光伏领域应用可有效解决太阳能电池光电转化率低，光生载流子容易复合，对光线入射角度敏感，成本高等问题。

本发明还提供了上述铜锌锡硫微纳二级阵列结构的制备方法及其应用。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种铜锌锡硫微纳二级阵列结构，其由规则排列的微米级半导体球冠、和在球冠表面辐射状生长的半导体纳米管构成。

上述的铜锌锡硫微纳二级阵列结构，所述半导体为具有单晶结构的铜锌锡硫（CZTS）；所述规则排列的微米级球冠的直径为0.05-50μm，球冠之间的间隔为0.01-100μm。

上述的铜锌锡硫微纳二级阵列结构，所述辐射状生长的半导体纳米管的外径为10nm-500 nm，长度为20nm-50μm。

本发明提供了一种上述铜锌锡硫微纳二级阵列结构的制备方法，其包括以下步骤：

1）采用电化学沉积法，在洁净的衬底上沉积导电薄膜；