[发明专利]一种杂化异质结太阳能电池的制备方法

说明书

本发明属于太阳能电池制备技术领域，涉及一种杂化异质结太阳能电池的制备方法，包括制备导电玻璃基底、制备有序TiO₂纳米棒阵列薄膜层、制备Sb₂S₃纳米薄膜层、制备P3HT纳米薄膜层和制备Ag薄膜电极五个步骤，采用一步低温水热法制备有序TiO₂纳米棒阵列薄膜层，再采用化学液相沉积法在有序TiO₂纳米棒阵列薄膜层的表面沉积Sb₂S₃形成Sb₂S₃纳米薄膜层，然后采用旋转涂膜法在Sb₂S₃纳米薄膜层的表面沉积P3HT形成P3HT纳米薄膜层，最后采用热蒸镀法或磁控溅射法在P3HT纳米薄膜层的表面镀Ag电极，制备得TiO₂/Sb₂S₃/P3HT杂化异质结太阳能电池；其工艺简单可控，原理科学合理，能耗和生产成本低，操作性强，节能环保，使用环境友好，能够回收再利用，易于大规模生产和推广使用。

技术领域：

本发明属于太阳能电池制备技术领域，涉及一种杂化异质结太阳能电池的制备方法，通过提高二氧化钛(TiO₂)纳米棒阵列的光吸收范围和光生载流子迁移率、降低光生载流子的复合率，增强杂化异质结太阳能电池的光电转化性能。

背景技术：

随着世界经济的快速发展，以煤、石油和天然气为主的化石能源被大量消耗，同时造成了严重的环境污染问题，研究和开发可再生的和可替代的新能源对实现人类社会的可持续发展具有重大的战略意义。太阳能具有绿色、可再生和永不枯竭的特点，是最有潜力替代化石燃料的能源。太阳能电池又称为太阳能芯片和光电池，是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置，利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，只要被光照到，瞬间就可输出电压在有回路的情况下产生电流，在物理学上称为太阳能光伏，简称光伏。太阳能电池以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，以光化学效应工作的实施太阳能电池还处于萌芽阶段；在现有技术中，晶体硅太阳能电池存在制造工艺复杂，成本高和污染环境的问题，并且受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，影响实际应用。有机-无机杂化异质结太阳能电池具有材料种类多，制备工艺简单，原料价格低廉，可制备大面积和可弯曲器件的优点，应用前景广阔。TiO₂由于具有优良抗光腐蚀的能力和光电化学性能，被广泛地应用于太阳能电池、光催化和光解水制氢领域。中国专利申请号为201410641369.0的火柴状TiO₂纳米颗粒和纳米棒复合阵列的制备方法公开了用水热法在透明导电玻璃衬底上制备出二氧化钛纳米棒阵列，以高纯金属Ti作为溅射靶材，通过直流磁控溅射法，在制备好的二氧化钛纳米棒顶端表面沉积Ti纳米颗粒，通过空气中的退火晶化，形成火柴状TiO₂纳米颗粒和纳米棒复合阵列；相比较传统的纳米颗粒材料，该一维阵列结构可以为载流子传输提供直接通道，减少传输电阻和载流子复合，并且能够增大入射光的散射效果，提高光吸收效率。中国专利申请号为201510016012.8的有机-无机杂化太阳能电池及其制备方法公开的电池的结构中，在TiO₂纳米棒阵列与p型有机聚合物聚-3-己基噻吩之间沉积了一层三苯胺，以提高空穴的迁移率。然而由于TiO₂禁带宽度比较大，以上专利均存在光谱响应范围窄，太阳光利用率较低的缺点，从而导致太阳能电池的光电转换效率较低。至今还未见有人报道过既能改善TiO₂纳米棒阵列异质结太阳能电池的界面接触效果，又能拓宽其光吸收范围的研究工作。因此，在采用具有高比表面积和优良电子传输性能的TiO₂纳米棒阵列的同时改进杂化异质结太阳能电池的结构，能够保证杂化异质结太阳能电池具有光吸收效率高、电子-空穴的复合几率低和载流子迁移率高等优点，获得较大的电流密度和较高的光电转化效率，推进杂化异质结太阳能电池的实用化进程，具有良好的社会和经济价值，应用前景广阔。

发明内容：