[发明专利]纳米偶极子太阳能电池及其制备方法

权利要求书

1.一种纳米偶极子太阳能电池，包括衬底层(112)、第一透明导电电极层(114)、光伏效应层(116)和第二导电电极层(118)；所述各层的位置关系以太阳光进入的顺序排列，依次为第一透明导电电极层(114)、光伏效应层(116)、第二导电电极层(118)，其特征是所述的光伏效应层(116)由具有光伏效应的材料和镶嵌在光伏效应材料中的纳米偶极子颗粒共同构成，所述的纳米偶极子颗粒具有极化或压电性质；当衬底层(112)为透明材料制作时，衬底层(112)位于第一透明导电电极层(114)之前；当衬底层(112)由不透明材料构成时，衬底层(112)位于第二导电电极层(118)之后。

2.如权利要求1所述的纳米偶极子太阳能电池，其特征在于，所述的光伏效应层(116)中，所述的纳米偶极子颗粒为p型或n型半导体材料中的一种，光伏介质材料为p型或n型材料中的另一种；在光伏效应层(116)中，每个纳米偶极子颗粒产生一个电偶极子。

3.如权利要求0或0所述的纳米偶极子太阳能电池，其特征是在所述的纳米偶极子颗粒被极化并至少部分同向排列，纳米偶极子颗粒极化方向在垂直于透明导电电极层或导电电极层的方向上有分量。

4.如权利要求1或2所述的纳米偶极子太阳能电池，其特征是在所述的纳米偶极子颗粒由CdS或CdS_xTe_(1-x)合金构成，x＝0～1；所述的光伏介质材料由CdTe构成。

5.制备权利要求0所述的纳米偶极子太阳能电池的制备方法，其特征是所述的方法包含以下步骤：

a)清洁覆盖有所述的第一透明导电电极层或所述的第二导电电极层的玻璃衬底，然后在所述的玻璃衬底上溅射沉积CdTe和CdS的混合薄膜，所述的薄膜厚度范围为0.2-20μm，使用的靶材为CdS和CdTe按质量比在1∶30-1∶2.5范围混合后压制；

b)将沉积了CdTe和CdS混合薄膜的玻璃衬底置于CdCl₂和空气的混合气体气氛中热处理5-120分钟，加热温度为350～650℃；

c)在CdCl₂热处理后的薄膜表面再使用溅射方法沉积所述的第一透明导电电极层或所述的第二导电电极层，形成所述的太阳能电池。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征是在实施所述的步骤0和步骤0的同时，在所述的第一透明导电电极层或所述的第二导电电极层上施加极化电场，电压为10～3000V，使所沉积的CdTe和CdS混合薄膜置于电场之中。

7.一种量化表征权利要求1所述的纳米颗粒太阳能电池的宏观性能与其微观结构和极化特性之间关系的方法，其特征在于，所述的方法通过扫描测量所述的太阳能电池的纵向压电效应和横向压电效应，扫描寻找纳米偶极子存在的证据和分布信息，同时通过向量压电效应扫描获得电偶极子的局部极化方向分布的信息，步骤如下：

a)将压电力显微镜的探针更换为导电探针并调整到接触测量模式，并对导电探针施加交变振荡电压，对所述的太阳能电池样品表面扫描，并记录各个坐标位置的探针随振荡电压的纵向位移和横向摆动信息；

b)根据步骤a)得到的太阳能电池样品表面信息，绘制出所述的太阳能电池薄膜表面各点的纵向位移或横向摆动信号随对应探针坐标的分布图，区分出纳米偶极子颗粒和光伏介质材料，并获得纳米偶极子颗粒的分布、尺寸、形状、电偶极矩的大小与极化率等信息；

c)根据步骤b)得到纳米偶极子的局部形变与振荡电压之间的相位差，提供电偶极子颗粒的电偶极矩极化方向信息，对应探针坐标绘制出所述的太阳能电池薄膜的向量压电效应分布图；

d)测量本发明的太阳能电池的纳米偶极子颗粒的电偶极矩的大小、极化率和方向。