[发明专利]基于无序网状碳纳米管薄膜的太阳能微电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是能源领域的太阳能电池制备方法，具体是一种基于无序网状碳纳米管薄膜的太阳能微电池的制备方法。

背景技术

第一代太阳能电池是以单晶硅和多晶硅体块材料为基础的传统太能电池，因为材料成本高而使得制造价格高，转向发展以薄膜技术制造的第二代太阳能电池，因为光电转换效率低，在发展广泛使用方面存在困难。人们转向新兴的纳米半导体材料，例如：一维半导体性碳纳米管具有一系列的分立能级，能够匹配太阳光中可见光和红外光，从而对太阳光具有强的吸收能力：电子的迁移率是硅高100倍；多能带的电子能带结构能有效延长热载流子的驰豫时间；机械性能适合与其它基底材料构筑结合形成可靠的结构；利用半导体性碳纳米管制造的太阳能微电池则具有很大的发展前景。

在碳纳米管太阳能电池的研究初期，KymakisE.等(E.Kymakis，etal.，

Appl.Phys.Lett.2002，80：12-114)利用碳纳米管材料和P3OT(聚三辛基噻吩)混合制成复合膜，得到0.04％光电转换效率的太阳能电池。这种复合膜的太阳能电池中的碳纳米管只充当电荷和空穴的传输通道，碳纳米管和P3OT形成的不稳定的接触，导致了低光电转换效率的器件。Wei.J.Q.等(Wei.J.Q.etal.，NanoLett.

2007，8：2317-2321)使用双壁碳纳米管薄膜与硅片接触形成pn异质结，从而制得1.31％光电转换效率的太阳能电池。这种太阳能电池的中双壁碳纳米管与硅形成的接触不稳定，容易分离。

对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号CN101257054，发明名称为：一种太阳能电池结构及其制备方法，公开了一种p型和n型有机材料和碳纳米管聚合成共混异质结膜的太阳能电池及其制备方法，以氧化铟锡作为阳极薄膜，铝薄膜作为阴极，使用n型的有机材料C₆₀(OH)₂₄和p型的共轭导电聚合物聚噻酚衍生物PEDOT混合碳纳米管制作聚合成共混异质结膜，作为光敏材料。但是由于其结构制作过程复杂，而且使用有机光敏染料，对太阳电池结构的长效稳定不利。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于无序网状碳纳米管薄膜的太阳能微电池的制备方法，采用自组装技术制备得到无序网状碳纳米管薄膜，使用甲烷等离子体选择性刻蚀方法或大电流烧断法去除无序网状碳纳米管薄膜中的金属性碳纳米管，得到大面积的无序网状半导体性碳纳米管薄膜作为太阳能微电池的光敏材料。使用具有非对称功函数的金属作为器件的非对称电极对与半导体碳纳米管接触，在半导体碳纳米管的两端接触处分别形成非对称结，从而在单壁半导体碳纳米管内形成强的内建电场，促使光生电子-空穴对分离。制得的太阳能微电池的过程简单，易于操作，可实现大批量生产。在模拟太阳光照射下具有较高光电转换效率和稳定性，在光电转换器件和太阳能电池器件领域具有广泛的用途。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

第一步、将清洗干净的表面有二氧化硅层的硅片置于氧化剂混合液中进行亲水化处理，使硅片表面呈亲水性；

所述的氧化剂混合液的组分及含量为：1～6体积份的H₂SO₄和1份H₂O₂。

所述的亲水化处理是指：在0～100℃的环境下将硅片置于氧化剂混合液中浸泡0.1-24h。

第二步、将具有亲水性的硅片置于3-氨基丙基-三甲氧基硅烷溶液中浸泡，使得硅片的二氧化硅层上得到3-氨基丙基-三甲氧基硅烷修饰，然后清洗并烘干硅片；

所述的3-氨基丙基-三甲氧基硅烷溶液是指以3-氨基丙基-三甲氧基硅烷为溶质，水位溶剂组成的溶液，其浓度为0.01％～20％。

第三步、将清洗烘干后的硅片置于单壁碳纳米管悬浮液中浸泡，通过自组装方式在硅片上形成无序网状碳纳米管薄膜，然后依次通过加热处理和清洗处理分解清除硅片上的3-氨基丙基-三甲氧基硅烷溶液；

所述的单壁碳纳米管悬浮液是指浓度为0.01-1mg/mL的碳纳米管悬浮液。

第四步、采用紫外-可见光光刻技术或电子束光刻技术在具有无序网状碳纳米管薄膜的硅片上制作出非对称电极对；

所述的非对称电极对是指相对的高功函数金属电极和低功函数金属电极。

所述的高功函数金属电极和低功函数金属电极之间的距离介于5nm-400祄，高功函数金属电极和低功函数金属电极的相对宽度为10nm-10mm。