[发明专利]一种导电有机物/硅纳米线太阳能电池的制备方法及其产品

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池的技术领域，尤其涉及一种导电有机物/硅纳米线太阳能电池的制备方法及其产品。

背景技术

当今世界煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源危机制约了经济发展，同时常规能源导致的全球气候反常和日益恶化的环境问题，也备受关注。越来越多的国家将目光投向可再生能源，其中太阳能资源的开发，便成了世界性的大趋势。太阳能电池具有永久性、清洁性和灵活性的三大优点。在太阳能电池产业中，以晶体硅为原料的太阳能电池占了80％以上，但与常规能源相比，占据的总的市场份额依然很小。这主要是因为成本问题限制了该产业的发展。硅太阳能成本一半源于硅材料本身及加工工艺。

硅纳米线在降低硅材料的使用量上具有非常大的优势，硅纳米线与体型硅相比，可以增加光路长度5～203倍，有效降低反射率，从而可以作为光捕获层[Shen,X.,et al.,Hybrid Heterojunction Solar Cell Based on Organic–Inorganic Silicon Nanowire Array Architecture.Journal of the American Chemical Society,2011.133(48):p.19408-19415]，这可以大大减少硅的使用量，从而降低成本。

导电有机物与硅纳米线复合形成杂化太阳能电池，结合了有机物柔性高、制备简单和硅纳米线良好的光电性能、较低的反射率的优势，在科学界引发了新一轮研究热潮。传统方法制备的硅纳米线虽然能够有效降低反射率，但由于表面积大，存在着严重的载流子复合问题，降低了硅纳米线的少子寿命，从而影响电池效率[Zhang,J.；Zhang,Y.；Zhang,F.；Sun,B.Electrical characterization of inorganic-organic hybrid photovoltaic devices based on silicon-poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate).Appl.Phys.Lett.2013,102,013501.]。同时传统方法制备的硅纳米线杂乱无序，无法有效控制纳米线直径，无法控制硅纳米线的少子寿命。基于以上劣势，传统方法制备的导电有机物/硅纳米线太阳能电池效率一般都不超过11％[He,L.；Rusli；Jiang,C.；Wang,H.；Lai,D.Simple Approach of Fabricating High Efficiency Si Nanowire/Conductive Polymer Hybrid Solar Cells.IEEE Electron Device Lett.2011,32,1406-1408.]。

发明内容

本发明提供了一种导电有机物/硅纳米线太阳能电池的制备方法，制备得到排列有序且直径可控的硅纳米线，进而制备电池效率显著提高的导电有机物/硅纳米线太阳能电池。

一种导电有机物/硅纳米线太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

a)以氧化铝为模板，结合金属辅助化学蚀刻法制备硅纳米线，800～1000℃下，经热氧化处理60～800min，在硅纳米线表面生成氧化硅，再浸泡氢氟酸溶液至氧化硅去除完全；

b)将步骤a)处理后的硅纳米线浸泡在四甲基氢氧化铵水溶液中，取出后，在表面旋涂导电有机物，再经热处理得到成结硅纳米线；

c)分别在步骤b)得到的成结硅纳米线的正面和背面沉积银、铝作为电极，得到所述的导电有机物/硅纳米线太阳能电池。

作为优选，步骤a)中，所述硅纳米线的具体制备过程为：

在氧化铝模板上溅射金，再将金膜转移到硅片上，置于氢氟酸与双氧水的混合溶液中刻蚀，得到硅纳米线。

步骤a)中，所述的热氧化在氧气氛围中进行，作为优选，所述的热氧化温度为900～950℃，时间为550～650min。进一步优选为900℃下热氧化600min。

作为优选，步骤a)中，所述氢氟酸溶液的质量百分比浓度为2～40％。

经过热氧化处理并结合氢氟酸浸泡，可以实现对硅纳米线直径的精确调控，选择反射率以及少子寿命两者结合最佳的条件，用于后续杂化太阳能电池的制备，提高电池效率。