[发明专利]一种基于硫属亚铜化合物的核壳结构异质结太阳能电池及其制备方法

权利要求书

1.一种基于硫属亚铜化合物的核壳结构异质结太阳能电池，其特征在于：是以上表面覆有绝缘层(2)的硅基衬底(1)为基底，在所述绝缘层(2)上分散硫属亚铜化合物准一维纳米结构(3)，在所述硫属亚铜化合物准一维纳米结构(3)的一端沉积第一金属薄膜电极(4)，形成欧姆接触；通过紫外曝光技术，在第一金属薄膜电极(4)上覆盖一层光刻胶阻挡层(5)；通过液相阳离子置换，将未被光刻胶阻挡层覆盖的硫属亚铜化合物准一维纳米结构表面置换成铟的硫属化合物(6)，形成以硫属亚铜化合物为核、以铟的硫属化合物为壳的核壳结构异质结；去除光刻胶阻挡层(5)，通过紫外曝光和热蒸发技术，在铟的硫属化合物上方沉积第二金属薄膜电极(7)，形成欧姆接触，第一金属薄膜电极与第二金属薄膜电极之间通过硫属亚铜化合物准一维纳米结构-核壳结构连通，即构成基于硫属亚铜化合物的核壳结构异质结太阳能电池；

所述光刻胶阻挡层(5)为正性光刻胶或负性光刻胶，其覆盖在第一金属薄膜电极(4)上方，尺寸大于第一金属薄膜电极(4)，两者外边缘间距为2-5μm；

所述铟的硫属化合物(6)通过液相阳离子置换反应，在硫属亚铜化合物准一维纳米结构(3)表面置换形成，厚度为硫属亚铜化合物准一维纳米结构(3)径向长度的1/6-1/4；

所述第二金属薄膜电极(7)与所述第一金属薄膜电极(4)之间的距离不小于8μm。

2.根据权利要求1所述的核壳结构异质结太阳能电池，其特征在于：所述硫属亚铜化合物准一维纳米结构(3)的化学结构式为Cu_2-xA，其中A为硫元素或硒元素，0≤x≤0.25；

所述硫属亚铜化合物准一维纳米结构(3)为纳米线、纳米棒、纳米管或纳米带；

所述硫属亚铜化合物准一维纳米结构(3)的轴向长度不小于10μm，径向长度为100-1000nm。

3.根据权利要求1所述的核壳结构异质结太阳能电池，其特征在于：所述绝缘层(2)为SiO₂、Si₃N₄或HfO₂；所述绝缘层(2)的电阻率大于1×10³Ω·cm、厚度为100-500nm。

4.根据权利要求1所述的核壳结构异质结太阳能电池，其特征在于：所述第一金属薄膜电极(4)为Au电极、Ti/Au复合电极、Cr/Au复合电极或Ni/Au复合电极；

所述Au电极的厚度为30-100nm；

所述Ti/Au复合电极、Cr/Au复合电极、Ni/Au复合电极分别是在厚度3-10nm的Ti、Cr、Ni上沉积有30-100nm厚的Au。

5.根据权利要求1所述的核壳结构异质结太阳能电池，其特征在于：所述第二金属薄膜电极(7)为In电极、In/Au复合电极、Ag电极或Al电极；所述In电极、Ag电极或者Al电极的厚度为30-100nm；所述In/Au复合电极是在厚度为30-100nm的In上沉积有3-10nm厚的Au。

6.一种权利要求1～5中任意一项所述核壳结构异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)取上表面覆有绝缘层的硅基衬底作为基底，将硫属亚铜化合物准一维纳米结构分散在所述绝缘层上；

(2)通过一次紫外曝光光刻和薄膜沉积技术，在硫属亚铜化合物准一维纳米结构的一端沉积第一金属薄膜电极，硫属亚铜化合物准一维纳米结构与第一金属薄膜电极形成欧姆接触；

(3)通过二次定位紫外曝光光刻，在第一金属薄膜电极上覆盖一层光刻胶阻挡层；

(4)通过液相阳离子置换，将未被光刻胶阻挡层覆盖的硫属亚铜化合物准一维纳米结构表面置换成铟的硫属化合物，然后去除光刻胶阻挡层；

(5)通过三次定位紫外曝光光刻和薄膜沉积技术，在铟的硫属化合物上方沉积第二金属薄膜电极，铟的硫属化合物与第二金属薄膜电极形成欧姆接触，即获得基于硫属亚铜化合物的核壳结构异质结太阳能电池。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)液相阳离子置换在浓度为1.5mmol/L的In(NO₃)₃溶液中进行，用醋酸调节溶液pH至1.5-3.0，反应温度50℃，反应时间1-3h。