[发明专利]一种在FTO上原位水热生长Cu3BiS3敏化的TiO2氧化物薄膜、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种在FTO上原位水热生长 Cu₃BiS₃敏化的TiO₂氧化物薄膜、制备方法及其在制备太阳能电池中的应用。

背景技术

单晶硅太阳能电池作为第一代太阳能电池，以其光电转化率高和稳定性好的优点占领光电领域的市场，但第一代太阳能电池成本高、制备工艺复杂。随之有了第二代太阳能电池，第二代是具有更薄光吸收层的薄膜太阳能电池，第二代太阳能电池虽然成本降低，但是转化效率明显低于第一代太阳能电池。为了寻求成本和光电转化效率之间的平衡，用纳米颗粒、纳米线、纳米棒和纳米管制备的第三代纳米晶太阳能电池随之问世。

目前第二代薄膜太阳电池光吸收层的制备因其可应用于下一代太阳能电池的潜力已引起了人们的广泛关注。如，CuInSe₂作为薄膜太阳能电池的最佳光吸收材料，在薄膜太阳能电池领域依然是人们的主要关注对象。其中，CdTe和CdSe 由于其合适的能带结构和光敏性而应用于属于第三代太阳能电池的敏化类太阳能电池。硫化物材料由于具有优异的光电性能越来越受到研究者的关注，如CdS、 ZnS、In₂S₃、Cu_xS等。此外，三元硫化物材料由于其合适的禁带宽度和优异的光电性能可应用于太阳能电池也引起了研究者们的关注，如黄铜矿CuInS₂由于其高光吸收率和合适的禁带宽度(1.4ev)而成为理想的光吸收材料。但是铟是稀有金属，价格昂贵，因此CuInS₂不能广泛应用。相应的，含量丰富的铋金属越来越受到人们的关注。Cu₃BiS₃的禁带宽度为1.4～1.5ev，且成本低。因此有望成为理想的替代CuInS₂的活性材料。

三元化合物一般难以制备，因此很少有合适的方法制备Cu₃BiS₃。现有的研究方法包括：较早的制备方法有蒸镀、两步化学气相沉积法、或先在铜片上先制备Bi₂S₃再热处理。然而这些方法需求的条件苛刻，结果不理想且尚未对所制备材料进行光电性能研究，因此难以实际应用。

目前应用广泛的是水热合成法，因其制备成本低且简便，而受到研究者们的高度关注。但是目前水热合成的Cu₃BiS₃材料为粉末材料，不能在TiO₂氧化物薄膜上直接水热生长，从而不能够在水热反应过程中对TiO₂氧化物薄膜敏化；需要将制备的粉末材料配制成溶液再旋涂在TiO₂薄膜上，此方法只能对TiO₂薄膜的表面进行敏化，敏化剂在TiO₂上的覆盖率低，因此不利于敏化剂对光的吸收，致使光电转化效率较低。

发明目的

本发明的目的在于：为克服上述旋涂Cu₃BiS₃溶液敏化TiO₂薄膜存在的不足，提供一种成本低且制备简捷的在FTO上原位水热生长Cu₃BiS₃敏化的TiO₂氧化物薄膜、制备方法及其在制备太阳能电池中的应用。。

具体为：先通过水热反应在FTO上生长0.5～1.5μm的TiO₂阵列得到FTO/TiO₂薄膜，再对TiO₂薄膜进行钝化处理；然后配制用于水热反应的Cu₃BiS₃敏化剂溶液，将FTO/TiO₂薄膜的TiO₂薄膜面朝下浸入到配制好的Cu₃BiS₃敏化剂溶液中进行水热反应，反应结束待反应体系冷却至室温后将FTO/TiO₂薄膜取出，先用水冲洗干净，再用乙醇冲洗，然后氮气吹干，从而在FTO上原位水热生长Cu₃BiS₃敏化的TiO₂氧化物薄膜。