專利名稱：基于CuS準一維納米結構的納米太陽能電池的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體器件的制備方法，具體地說是基于CuS準一維納米結構的納米太陽能電池的制備方法。
背景技術：
太陽能由于具有充分的清潔性、絕對的安全性、資源的相對廣泛性和充足性、長壽命以及易于維護等其他常規能源所不具有的優點，被認為是21世紀最重要的新能源。無機半導體準一維納米結構具有高結晶性、高純度、直接的電子通道和快速的電子傳輸等特點， 而在納米太陽能電池方面有著重要的應用。目前主要的納米太陽能電池有染料敏化太陽能電池，無機納米顆粒太陽能電池，納米晶聚合物太陽能電池等等。與傳統的單晶和薄膜太陽能電池相比，納米太陽能電池在工藝、尺寸、成本上都有相當大的優勢。硫化銅(CuS)是很重要的過渡金屬硫屬化合物，帶隙能為I. 2eV,由于其優異的電學、光學以及其他的物理和化學性質，可以覆蓋在聚合物的表面以提高其導電性，并在鋰離子二級電池、高能量電極材料等諸多領域都有很好的應用前景。此外由于其P型電導性， CuS在太陽能電池領域也受到人們廣泛的關注。上世紀80年代，基于Cu2S/CdS薄膜的太陽能電池已有研究，近年來基于Cu2S納米晶的太陽能電池也有報導，但是基于CuS準一維納米結構的納米太陽能電池仍鮮有研究。Mehta等采用溶劑熱法和局部置換反應生長了 CdS-CuxS單根納米棒異質結，其光伏器件性能比薄膜太陽能電池顯著提高，但是其制備的工藝過程復雜，且可控性差，同時η型半導體材料CdS的毒性也在一定程度上限制了其廣泛使用。
發明內容
本發明旨在提供一種基于CuS準一維納米結構的納米太陽能電池的制備方法，所要解決的技術問題是遴選一種環保的電極材料并在保證太陽能電池性能的前提下簡化制
備方法。ITO(氧化銦錫)薄膜是一種η型半導體材料，具有高的電導率、高的可見光透過率、高的機械硬度和良好的化學穩定性，是液晶顯示器、等離子顯示器、觸摸屏、太陽能電池以及其他電子儀表的透明電極最常用的薄膜材料。在此我們利用其作為電極材料并與CuS 形成ρ-η結,構成CuS/ITO肖特基結納米太陽能電池。本發明解決技術問題采用如下技術方案本發明基于CuS準一維納米結構的納米太陽能電池的制備方法，其特征在于將 CuS準一維納米結構3分散在覆有絕緣層2的硅片I上，通過一次紫外光刻的方法在絕緣層 2上制備一金屬薄膜電極對4，所述金屬薄膜電極4通過所述CuS準一維納米結構3連通并且所述金屬薄膜電極對4與CuS準一維納米結構3呈歐姆接觸；然后通過紫外光刻的方法在絕緣層2上制備一 ITO透明薄膜電極5，所述ITO透明薄膜電極5位于所述金屬薄膜電極對4之間并且與所述CuS準一維納米結構3交叉呈肖特基接觸，得到基于CuS準一維納米結構的納米太陽能電池即CuS/ITO肖特基結準一維納米結構的納米太陽能電池。所述CuS準ー維納米結構3為長度不小于10 ii m的納米線、納米管或納米帶,其中納米管的直徑小于I Pm。所述金屬薄膜電極對4為包括In、Ti、Au、Cu中的ー種或幾種。所述ITO透明薄膜電極5采用脈沖激光沉積的方法鍍膜，鍍膜時的真空度為 1-3 X10_3Pa，沉積所用激光能量為120mJ，脈沖頻率為5Hz。所述ITO透明薄膜電極5厚度為50-500nm，所述ITO透明薄膜電極5和所述CuS 準ー維納米結構3相接觸的寬度小于5 ii m。與已有技術相比，本發明的有益效果體現在本發明所述ITO薄膜電極5與所述CuS準ー維納米結構3交叉呈肖特基接觸，形成 CuS/ITO肖特基結納米太陽能電池，可直接完成異質結的形成和器件制備，制備過程簡單易行，采用ITO作為電極材料并與CuS形成p-n結，環保可靠。
四
圖I是實施例中CuS/ITO肖特基結納米太陽能電池的器件結構示意圖。其中I為硅片，2為絕緣層，3為CuS準一維納米結構，4為金屬薄膜電極對，5為 ITO薄膜電極。圖2是實施例中CuS/ITO肖特基結納米太陽能電池的SEM照片。圖3是實施例中以Cu/Au復合電極為歐姆接觸電極的CuS納米管的I_V曲線。圖4是實施例中CuS/ITO肖特基結納米太陽能電池的光伏特性曲線。圖5是實施例中CuS/ITO肖特基結納米太陽能電池的光響應曲線。
五具體實施例方式下面結合附圖詳細描述本發明基于CuS準一維納米結構的納米太陽能電池的制備方法，非限定實施例如下。 I、將常規液相犧牲模板法合成的CuS納米管(J. Mater. Chem.，2006，16， 3326-3331, diameters in the range of 60_160nm and lengths of more than 40ym)3 超聲分散在無水こ醇中形成懸浮液，用膠頭滴管吸取懸浮液滴在清潔的覆有300nm厚的SiO2 絕緣層2的硅片I上，實現CuS納米管3在絕緣層2上的均勻、水平分散，通過電子顯微鏡觀察，使其分散密度約為5-12根/mm2。均勻旋涂正性光刻膠后，利用掩模板進行紫外曝光井顯影，光刻出ー對電極圖形，該對電極圖形之間的距離為8 ym，并且該對電極圖形通過CuS 納米管3連通；利用電子束蒸發技術先蒸鍍ー層IOnm厚的Cu，再蒸鍍ー層50nm厚的Au，得到Cu/Au復合電極即金屬薄膜電極對4作為歐姆接觸電極，金屬薄膜電極對4與CuS納米管3呈歐姆接觸；接著用丙酮去除未曝光的光刻膠及其上方蒸鍍的金屬。2、均勻旋涂正性光刻膠后利用另ー掩模板進行紫外曝光并顯影，在絕緣層2上光刻制備ー寬度為3 y m的T型電極圖形，該T型電極圖形位于所述金屬薄膜電極對4之間并且與所述CuS納米管3交叉，利用脈沖激光沉積的方法(真空度為I 3 X 10 ,激光能量為120mJ，頻率為5Hz)蒸鍍300nm厚的ITO薄膜，接著用丙酮去除未曝光的光刻膠及其上方蒸鍍的ITO從而得到ITO薄膜電極5，ITO薄膜電極5和CuS納米管3相交形成肖特基接
4觸，得到CuS/ITO肖特基結納米太陽能電池。本發明CuS/ITO肖特基結納米太陽能電池結構示意圖如圖I所示。SEM照片如圖 2所示。圖3所示為以Cu/Au復合電極為歐姆接觸電極的CuS納米管的I-V曲線，表明CuS 和Cu/Au復合電極間形成良好的歐姆接觸。圖4是在光強為O. 35mW cnT2功率的白光條件下，CuS/ITO肖特基結納米太陽能電池的光伏特性曲線，開路電壓Voc為O. 045V，短路電流 Isc為O. 265 μ A，填充因子FF為22. 36%，轉換效率為L 174%。圖5是CuS/ITO肖特基結在O偏壓下的光響應曲線，表明該肖特基結有良好的光響應和穩定性。
權利要求
1.基于CuS準一維納米結構的納米太陽能電池的制備方法,其特征在于將CuS準一維納米結構(3)分散在覆有絕緣層(2)的硅片(I)上，通過紫外光刻的方法在絕緣層(2) 上制備一金屬薄膜電極對(4)，所述金屬薄膜電極(4)通過所述CuS準一維納米結構(3)連通并且所述金屬薄膜電極對(4)與CuS準一維納米結構(3)呈歐姆接觸；然后通過紫外光刻的方法在絕緣層(2)上制備一 ITO透明薄膜電極(5)，所述ITO透明薄膜電極(5)位于所述金屬薄膜電極對(4)之間并且與所述CuS準一維納米結構(3)交叉呈肖特基接觸，得到基于CuS準一維納米結構的納米太陽能電池即CuS/ITO肖特基結準一維納米結構的納米太陽能電池；所述絕緣層⑵為Si02。
2.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于所述CuS準一維納米結構(3)為長度不小于10 ii m的納米線、納米管或納米帶；所述納米管的直徑小于I U m。
3.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于所述金屬薄膜電極對(4)為包括In、 Ti、Au、Cu中的一種或幾種。
4.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于所述ITO透明薄膜電極(5)采用脈沖激光沉積的方法鍍膜，鍍膜時的真空度為1-3X 10_3Pa，沉積所用激光能量為120mJ，脈沖頻率為5Hz。
5.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于所述ITO透明薄膜電極(5)厚度為 50-500nm，所述ITO透明薄膜電極(5)和所述CuS準一維納米結構(3)相接觸的寬度小于 5 u m0
全文摘要
本發明公開了基于CuS準一維納米結構的納米太陽能電池的制備方法，首先通過一次紫外光刻的方法在CuS準一維納米結構上制備一對金屬薄膜電極，這對金屬薄膜電極通過所述CuS準一維納米結構連通，與其呈歐姆接觸；然后通過二次紫外光刻，在該對金屬薄膜電極中插入銦錫氧化物(ITO)透明薄膜電極，所述ITO薄膜電極與所述CuS準一維納米結交叉呈肖特基接觸，形成CuS/ITO肖特基結納米太陽能電池。本發明制備方法簡單易行，穩定可靠，可以應用到多種準一維納米尺寸的肖特基結納米太陽能電池的制備。
文檔編號H01L31/18GK102583223SQ20121005364
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月2日 優先權日2012年3月2日
發明者于永強, 呂鵬, 吳義良, 吳春艷, 張梓晗, 揭建勝, 王文堅, 王莉, 羅林保 申請人:合肥工業大學