[发明专利]铁酸铋/钛酸铋钠-钛酸钡异质结构铁电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光伏电池制备技术领域，具体涉及一种在氟掺杂SnO2透明导电玻璃(FTO)基板上制备BiFeO₃/(Na_0.5Bi_0.5)_0.94Ba_0.06TiO₃(BFO/NBT-BT)异质结构铁电薄膜光伏电池的方法。

背景技术

光伏发电是太阳能利用的一种有效方式，是可再生能源利用中重要的组成部分，也是近年来发展最快、最具活力、最受瞩目的研究领域。目前光伏发电在整个能源结构中所占的比重还很小(不到1％)，其中最主要的原因是成本太高。据统计，传统的晶硅电池组件成本的65％来自硅片，消耗硅资源多，原材料供应紧张，很难适应未来大规模推广应用的需求。而薄膜太阳电池以其自身特殊的优势在近几年得到了迅速发展：薄膜的使用能够很大程度地节省原材料，降低电池成本；可以采用低温制备技术降低能耗，缩短能源回收期；低温技术的采用还使得玻璃、塑料等廉价衬底的使用成为现实；材料和电池同步制备，工艺简单，可以大面积连续化自动生产。

一般而言，半导体的光伏效应是由宏观不均匀性造成的，产生光伏电压一般不超过半导体的禁带宽度。而铁电材料具有完全不同于半导体的反常光伏(APV)效应：均匀铁电晶体在均匀光照下出现稳态短路光生电流或开路电压的现象，光伏电压不受晶体禁带宽度(Eg)的限制，可比Eg高2～4个数量级。正是由于铁电材料的这种反常光伏效应，使其在光传感器、光驱动器、铁电光伏电池等领域具有重要的应用前景。

铁酸铋(化学式BiFeO₃，简称BFO)铁电薄膜由于其原材料来源广，生产成本低，自发极化强度大，光伏电压输出高且电压可调等特点，近年来成为研究热点，但目前纯BFO薄膜太阳能电池的光电转换效率很低，无法满足能量转换的要求，因而提高其能量转换效率显得尤为重要。(Na_0.5Bi_0.5)_0.94Ba_0.06TiO₃(简称NBT-BT)是一种A位复合钙钛矿型(ABO₃)铁电体(与BFO一样同属R3c点群)，由于其不含铅等有毒元素，并且具有优良的压电和热释电效应，其铁电和压电性能得到了广泛的研究，被认为是一种很有前途的铁电材料。NBT-BT薄膜是一种p型半导体，当NBT-BT与作为n型半导体的BFO薄膜接触时，将在界面形成p-n异质结，异质结的存在将有利于光伏效应的发挥。

导电玻璃FTO(为掺杂氟的SnO₂透明导电玻璃)和ITO(为掺杂铟的SnO₂透明导电玻璃，简称为ITO)可被广泛用于液晶显示屏，光催化，薄膜太阳能电池基底、染料敏化太阳能电池、电致变色玻璃等领域。BFO的结晶温度低至500℃，使得可以用玻璃作为基底制备BFO薄膜。另外，用磁控溅射的方法将透明的ITO氧化物电极沉积在薄膜电池表面作为上电极，也能提高其光伏性能。

迄今为止，尚没有一种在导电玻璃基底上制备BFO/NBT-BT异质结构铁电薄膜及其光伏电池的方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种工艺简便，成本低廉，具有明显优于纯BFO多晶薄膜的光伏特性，并具有类似于二极管的单向导电特性，显示出可观应用前景的BFO/NBT-BT异质结构铁电薄膜太阳能电池的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种BFO/NBT-BT异质结构铁电薄膜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)BFO前驱体溶液和NBT-BT前驱体溶液的配制

BFO前驱体溶液配制：将Bi(NO₃)₃·5H₂O和Fe(NO₃)₃·9H₂O按摩尔比1∶1的比例完全溶于乙二醇甲醚，获得红棕色澄清透明且稳定BFO前驱体溶液；