[发明专利]一种Ag和Au双金属纳米颗粒陷光结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳电池领域，具体涉及一种Ag和Au双金属纳米颗粒陷光结构的制备方法。

背景技术

能源是人类发展的基石。在传统矿物资源日益枯竭的今天，光伏发电在解决人类能源危机和环境问题方面扮演了越来越重要的角色，特别是第二代薄膜太阳电池，以其廉价与轻便等优点而备受青睐。但是，薄膜太阳电池目前所面临的一个重要问题就是如何解决载流子扩散长度与光吸收率之间的矛盾。众所周知，薄膜太阳电池吸收层材料中载流子的扩散长度往往比其光学吸收厚度低很多，即为保证载流子有效收集，材料必须足够“薄”，但“薄”的结果便是光吸收也会随之减少；反之，为保证太阳光的充分吸收，材料必须足够“厚”，但“厚”的结果会使得材料厚度超过载流子的扩散长度很多，致使载流子无法被有效收集。因此，这一固有的矛盾，使得越来越多的科学工作者将目光投向了薄膜太阳电池新型陷光结构的研究。

近年来，金属纳米颗粒以其独特的光、电及催化性质而有望在生物、医药和能源领域广泛应用，特别是其光散射和局域场增强效应，使其有望在薄膜太阳电池新型陷光结构方面大显身手。2006年，Pillai和Catchpole率先利用金属纳米颗粒作为太阳电池新型陷光结构，研究发现金属纳米颗粒表面等离激元可以显著提高太阳电池的光学吸收性能。Ouyang等人采用热蒸发加常规热退火法将平均粒径为120nm的Ag纳米颗粒沉积在非晶硅薄膜太阳电池的背表面，结果表明，在AM1.5太阳光谱辐照下，电池的短路电流和光电转换效率分别增加了13%和10%；Ozturk等人在氢化纳米晶硅太阳电池上沉积了稀疏的Ag纳米盘阵列，太阳电池总体光电流有高达10%的增强。Nakayama等人研究了不同形貌的金属纳米颗粒对太阳电池光电转换效率的影响，他们采用模板法在GaAs太阳电池上制备了尺寸可控的Ag纳米颗粒。结果表明，表面覆盖率较高，颗粒高度较高的Ag纳米颗粒的消光峰值最高，其共振峰的半高宽也相比最宽，其短路电流相对提高了8%。近年来，大量的研究结果不断证明以金属纳米颗粒作为太阳电池的陷光结构可以显著的促进太阳电池的光吸收，对于提高太阳电池的光电转换效率具有重大的意义。

但以前的研究工作绝大多数仅局限于单一的金属纳米颗粒，单一金属纳米颗粒，特别是在粒径较为一致的情况下，会显著促进太阳电池在特定光谱范围内吸收增强，但消光峰的半高宽较窄，难以实现太阳电池的广谱吸收。因此，对太阳电池光电转换效率的提高并不十分显著。若纳米颗粒的粒径分布范围宽，虽能展宽消光峰的半高宽，但消光峰强度显著降低，即虽能促进太阳电池的广谱吸收，但无法实现“高效”。为了解决广谱与高效的矛盾，可以引入双金属纳米颗粒陷光结构，不仅可以拓宽消光谱域（Ag纳米颗粒的消光峰在390-500nm范围可调；Au纳米颗粒的消光峰在500-700nm范围可调），而且也不降低消光峰的峰强。Lu等对比研究单Au、单Ag、Au和Ag双金属纳米颗粒对于PTB7/PC70BM有机体异质结太阳电池光学吸收性能的影响，发现仅存在单金属Ag时，电池的ISC由无纳米颗粒陷光结构的15mA/cm²提高到16.4mA/cm²，η由7.25%提高至8.01%；仅存在单金属Ag时，电池的ISC提高到16.4mA/cm²，η提高至8.16%；而存在Au和Ag双金属纳米颗粒陷光结构时，由于两种颗粒的双共振作用，使得ISC高达17.7mA/cm²，η高达8.67%。相应地，电池的EQE结果显示，单Au、单Ag金属纳米颗粒表面等离激元对太阳电池光吸收性能均有不同程度的提高，而双金属纳米颗粒双共振作用，更是显著增强了光学吸收性能。

但是，上述研究工作一般采用化学法制备双金属纳米颗粒，而采用化学的方法制备的双金属纳米颗粒，重复性及可操作性较差，而且制备的纳米颗粒粒径较小，而根据Mie理论，粒径较小的纳米颗粒常以自身吸收为主，光散射性能较差，即陷光能力差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Ag和Au双金属纳米颗粒陷光结构的制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种Ag和Au双金属纳米颗粒陷光结构的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：采用磁控溅射法在两片NaCl单晶衬底上分别制备Ag和Au的薄膜，热退火处理后在衬底上形成Ag和Au的纳米颗粒；

步骤2：将步骤1得到的样品浸入去离子水中，将衬底溶解，离心后分别得到Ag和Au的纳米颗粒；

步骤3：将步骤2得到的Ag和Au的纳米颗粒共同置于PEG-200胶体中，搅拌均匀；