[发明专利]一种基于不同类黑磷材料的太阳能电池及制备方法

权利要求书

1.一种基于不同类黑磷材料的太阳能电池，其特征在于，所述的太阳能电池由下而上包括如下结构：最底层为衬底（1），第二层为阳极涂层（2），第三层为双层AB堆垛的GeS结构（4）；第四层为双层旋转AD堆垛SnS（5），最上面为阴极（6），阴极占双层旋转SnS-AD堆垛总面积的10%到15%，而阳极（3）在阳极涂层上，使得阳极（3）与双层AB堆垛的GeS结构（4）不接触；所述的太阳能电池中的双层AB堆垛的GeS和双层旋转AD堆垛SnS为双层，厚度为7-14 Å，双层GeS-AB堆垛结构为：第一层结构相当于相对第二层沿a方向移动了0.281个周期，而双层旋转SnS-AD堆垛的第二层相当于第一层沿b方向移动了半个周期的距离，且其第二层相对第一层旋转了180°；AB堆垛的GeS双层薄膜和AD堆垛旋转SnS双层薄膜组成异质结，AD堆垛作为给体部分，AB堆垛作为受体部分，双层旋转的SnS-AD堆垛和双层AB堆垛GeS构成了一个Ⅱ型异质结。

2.根据权利要求1所述的基于不同类黑磷材料的太阳能电池，其特征在于，所述的双层AB堆垛的GeS结构和双层旋转AD堆垛SnS，都是通过探针剥离的方法将初始结构进行错位得到。

3.根据权利要求1所述的基于不同类黑磷材料的太阳能电池，其特征在于，采用的阳极（3）和衬底（1）都为一体化的导电玻璃。

4.一种如权利要求1所述的基于不同类黑磷材料的太阳能电池的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

a.采用光刻法制备衬底和阳极电极，使得阳极（3）与双层AB堆垛的GeS结构（4）不接触；

b.GeS薄膜和SnS薄膜的制备：使用液相法制备GeS，通过电沉积法来制备SnS；

c.SnS堆垛和GeS堆垛制备：

1）将上述得到的SnS膜，在电子显微镜下，通过探针剥离的方法，剥离得到双层的SnS膜；

2）将1）得到的SnS在电子显微镜下，使用探针移动层与层间的相对距离或进行层间的旋转变换，得到所要求的双层旋转SnS-AD堆垛，最后再将二者通过层间的范德瓦尔斯力相互结合形成横向异质结；

3）经过步骤1）和2）相同的方法制备得到GeS-AB堆垛；

d.器件组合

将c得到的双层GeS-AB堆垛通过二维材料转移装置转移到ITO涂层上方，然后将c得到的双层旋转SnS-AD堆垛通过二维材料转移系统堆叠在GeS-AB堆垛的上方，最后对得到的器件进行退火处理，

e.将d得到的器件，通过金属蒸镀技术在顶部蒸镀一层金属层作为阴极，占双层旋转SnS-AD堆垛总面积的10%到15%。

5.如权利要求4所述的一种基于类黑磷材料的异质结薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤a中采用光刻法制备衬底和阳极电极的具体方法为：

采用导电玻璃作为衬底和电极，首先在导电玻璃上涂上均匀的光刻胶，通过光刻技术得到对应电极图形的反图形，经过曝光处理，得到下金属电极的图形，然后进行金属蒸镀，使用丙酮混合液体清洗掉多余的光刻胶，使得阳极（3）与双层AB堆垛的GeS结构（4）不接触，这就得到了带金属电极的导电玻璃结构。

6.如权利要求4所述的基于不同类黑磷材料的太阳能电池的制备方法，其特征在于，使用液相法制备GeS的具体方法为，将计量比的锗氯化二噁烷络合物、硫脲、油酰胺0LA分别在空气中轻微的磁力搅拌；将搅拌后的液体混合物超声处理，除去油胺中的空气；随后连接到Schlenk线，抽真空，除去水分和氧气；在磁力搅拌下通氮气进行惰性气体保护；将处理过后的液体混合物加热，随着温度的升高，液体逐渐变成了黄色透明溶液，反应混合物在氮气流中回流反应；反应结束将溶液冷却至室温，沉淀离心分离，洗涤真空干燥获得样品。

7.如权利要求4所述的一种基于不同类黑磷材料的太阳能电池的制备方法，其特征在于，通过电沉积法来制备SnS先制备沉积液，先将去离子水通氮气后，在水中加入药品，称取以定量的SnCl₂-2H₂O、Na₂S₂O₃-5H₂O、K₄P₂O₇及添加剂C₁₉H₄₂BrN或CO(NH₂)₂，适量CuCl₂-2H₂O或AlCl₃-6H₂O溶于去离子水中，使用稀硫酸调节电沉积液pH值2.8~3.0，搅拌均匀备用，将三电极插入上述沉积液中，在恒温水浴锅进行沉积，搅拌速度恒定，恒电位沉积，将前面得到的沉积薄膜放置在瓷舟中，再将瓷舟放置于管式炉中，惰性气氛下退火，而后随炉冷却至室温。