[发明专利]一种ZnO/NiFe2O4纳米阵列复合异质结材料及其制备的太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及光电纳米材料技术领域，具体为一ZnO/NiFe₂O₄纳米阵列复合异质结材料及其制备的太阳能电池。

背景技术

当前，能源环境问题日益严峻，科学界一直致力于研究除硅以外的资源丰富的能源材料。金属氧化物材料具有非同一般的光学和电学性能，ZnO是重要n型的宽带隙半导体材料，其室温下禁带宽度为 3.37eV，激子束缚能为60meV，远大于室温热离化能(26meV)，可在较低阀值下产生激子受激辐射，在室温和高温下可实现激子复合发光，是一种制备短波长发光器件的理想材料。因此研究p-n异质结材料是非常有意义。

研究制备低成本ZnO基太阳能电池对替代高成本电池，实现太阳能电池的大规模民用化具有重要意义。通过界面结构梳状化，制备三维结构复合薄膜异质结太阳能电池，可以有效增加异质结界面面积，这样在增加多重吸光的同时可以缩短光生载流子的收集长度，降低光生载流子的复合几率，有利于提高电池效率。由于固体无机半导体材料在填充过程中受到与复杂几何结构有关的阴影效应的制约往往无法在纳米结构表面保形覆盖或很难实现其在纳米多孔中致密化填充，因此，探索一种在取向阵列中充分填充无机固体半导体的技术制备复合异质结电池是提高电池技术的关键。

目前尚未有ZnO/NiFe₂O₄纳米阵列复合异质结太阳电池制备方法的相关报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种ZnO/NiFe₂O₄纳米阵列复合异质结材料及其制备的太阳能电池。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种ZnO/NiFe₂O₄纳米阵列复合异质结材料，采用以下步骤制备：

1)、将适量六水合氯化镍和六水合三氯化铁溶解于去离子水中，优选的，铁和镍的摩尔比为2：1～1.5；搅拌均匀后加热至90℃，调整溶液的pH值为10～14，90℃保温3小时，100℃燥箱中干燥1小时，得到NiFe₂O₄凝胶；

2)、将ZnO纳米棒阵列安装在镀膜机上，镀膜机的旋转速度为 1200转/min，把NiFe₂O₄凝胶滴加到ZnO纳米棒阵列，180℃燥30分钟，将NiFe2O4凝胶循环重复8～12次滴加至ZnO纳米棒阵列中，一般要重复10次，至NiFe2O4自下而上充分填充到ZnO纳米棒阵列的空隙中，NiFe₂O₄薄膜将ZnO纳米棒的全面包覆，经过热处理形成 ZnO/NiFe₂O₄复合纳米异质结，优选的热处理的温度为500℃。

进一步的，所述ZnO纳米棒阵列采用水热生长方法制备而成，利用溶胶凝胶法制备ZnO种子前驱体，然后在基底上涂敷ZnO种子前驱体，形成薄膜，经热处理得到一层均匀的纳米级ZnO晶种层；在反应容器中将基底带有晶种层的面悬空倒扣浸没于ZnO生长溶液中，水浴条件下反应得到高度取向的ZnO纳米棒阵列。优选的，所述ZnO 纳米棒阵列采用以下步骤制备：采用旋涂镀膜的方法在清洗好的基底上制备一层ZnO胶体膜；真空管式炉中350℃～550℃退火10min～ 30min，在基底表面形成一层均匀致密的纳米级ZnO晶种层；按照摩尔比1:8将KOH和Zn(NO₃)₂按配制成浓度为0.10～0.25M的[Zn(OH)₄]^2-水溶液，充分磁力搅拌，得到一澄清溶液，然后倒入反应容器内，将基底制备有晶种层的面向下悬浮于阵列生长液中，之后密封好反应容器，将其置于电热恒温水槽中，在20～50℃水浴条件下，保温10min～ 12h，取出，依次用去离子水漂洗，无水乙醇冲洗，室温真空烘干。