[发明专利]一种全无机肖特基量子点太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池及其制备，特别是一种全无机固体肖特基量子点太阳能电池及其制备方法。 

背景技术

单晶材料如硅和III-V族化合物半导体已经在光伏电池上能够达到了20-41.4％的转化效率，这么高的转化效率是由于这些器件对光的吸收与太阳光到达地面的光谱匹配，并且这些半导体有很好的电子传输特性。同时，低成本，低能耗的太阳能电池(利用溶液法合成和滚涂法成膜)近几年也受到重视，有机聚合物太阳能电池就是其中的一种，但其稳定性差。 

胶体量子点，在溶液中合成且能够通过浸渍，旋涂，印刷的方法在基底包括柔性基底成膜，这些已在发光二极管上显示出潜在的应用价值。 

窄带隙半导体可以吸收更多的光、提供大的电流，但是电压小，宽带隙材料由于吸收受限电流小但电压大，最后，平衡电压和电流后，最佳的带隙在1.1ev-1.4ev之间，其在单结电池中具有最高的能量转化效率。体材料Si、InP和CuInSe2有最合适的带隙，但是体材料PbS，LnAs和PbSe不适合应用在光伏上，一种调节带隙的方法是调控它的构成。 

PbS的激子波尔半径是18nm，通过在合成时控制PbS量子点粒径的大小可以使其吸收边从3000nm到600nm可调(M.A.Hines，G.D.Scholes，Adv。Mater。2003，15，1844)，对于单结太阳能电池，最佳的带隙是1.1ev，对应的PbS量子点粒径大约是3.5nm。 

在实验中已观测到PbS具有多激子效应(见Randy J.Ellingson，Matthew C.Beard，Justin C.Johnson，Nano Letters，2005，Vol.5，No.5865-871)，即低能隙能量量子点可以通过吸收单个高能光子产生多个电子空穴对，使得量子效率大于100％。 

PbS是一种P型半导体，用其制备的肖特基光伏电池的优势是可以使用低功函数的金属电极。在这种器件中，能带弯曲只发生在量子点薄膜中，中间有一个耗尽层，内建电场会使电子和空穴分开，电子漂移到金属电极，空穴传输到高功函的一级如ITO或FTO。 

量子点太阳能电池由于其制备工艺简单，成本低，成为最具潜力的第三代太阳能电池。 

发明内容

本发明的目的是克服现有的有机物太阳能电池稳定性差，硅太阳能电池成本高的缺点，提供一种全无机肖特基量子点太阳能电池及其制备方法，利用量子点的量子限制效应，多激子效应的优势，能够使光的吸收可调，覆盖红外到可见整个区域，电池的转化效率高，并且制备工艺简单，制备时间短，制备成本低。 

本发明的技术方案： 

一种全无机肖特基量子点太阳能电池，以ITO玻璃(掺Sn的In₂O₃导电玻璃)为衬底，由ITO阳极、PbS量子点层和铝阴极依次叠加构成。 

所述PbS量子点层的厚度为100nm，铝阴极的厚度为100nm。 

一种所述全无机肖特基量子点太阳能电池的制备方法，步骤如下： 

1)将ITO玻璃衬底分别用洗洁精、去离子水、丙酮、异丙醇、乙醇依次进行超声清洗，然后放在真空箱中80℃下干燥1小时； 

2)配制PbS量子点氯仿溶液作为旋涂液； 

3)将处理后的ITO玻璃衬底放在旋涂机上，在导电玻璃上滴加上述旋涂液0.4-0.6ml，停留2秒，用600rpm的转速旋涂使其成膜，自然干燥10min，滴0.4-0.6ml巯基丙酸(MPA)的甲醇溶液，用3000rpm的转速旋涂，自然干燥5min，然后滴0.2-0.4ml甲醇溶液，用3000rpm的转速旋转以清洗掉多余的MPA；如此重复至PbS量子点层的厚度为100nm； 

4)在真空度为10^-2pa、110℃温度下退火30分钟； 

5)最后在上述处理后的膜上在真空度为10^-5条件下热蒸镀厚度为100nm的Al阴极，即可制得该太阳能电池。 

所述PbS量子点的粒径为3.3-4.0nm，铅和硫的摩尔比为1∶0.3-0.8。 

所述PbS量子点氯仿溶液的浓度为10mg/ml。 

所述巯基丙酸(MPA)甲醇溶液的体积百分比浓度为10％。 

本发明的制备机理：