[发明专利]多孔单晶嵌套型全氧化物太阳能电池的制备方法

说明书

本发明涉及太阳能光伏电池领域，具体为一种多孔单晶嵌套型全氧化物太阳能电池的制备方法。利用模板辅助方法在透明导电基体上制备n型(或p型)氧化物多孔单晶阵列薄膜，通过高温晶化、扩孔等一系列处理后，利用电化学沉积方法在n型(或p型)氧化物多孔单晶阵列薄膜基底上沉积p型(或n型)氧化物薄膜，得到多孔单晶嵌套的全氧化物p‑n结，最后在表面蒸镀金属电极构建多孔单晶嵌套的全氧化物太阳能电池。本发明提供一种多孔单晶嵌套的全氧化物p‑n结构筑方法，并首次将该结构应用于全金属氧化物太阳能电池领域，展现出优异的光伏效应。

技术领域

本发明涉及太阳能光伏电池领域，具体为一种多孔单晶嵌套型全氧化物太阳能电池的制备方法。

背景技术

太阳能电池作为解决目前能源危机与环境污染的重要途径受到广泛关注。无毒、低成本、稳定全金属氧化物太阳能电池是一种有潜力的器件，其中的典型代表为Cu₂O薄膜太阳能电池，理论效率可以达到20％以上。目前主要采用Cu₂O/ZnO异质结构，器件效率依旧比较低，文献报道使用Cu基底高温氧化(1000℃以上)得到的Cu₂O效率可达到4.1％。使用电沉积方法虽然制备简单，但效率只有1.3％。存在的主要问题是氧化物薄膜内部电荷输运缓慢，且界面处能级匹配性差，缺陷多，光生载流子在转移和输运过程中复合几率高、导出效率低。因此，探索新的全氧化物太阳能电池结构，构建有效的载流子转移界面显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔单晶嵌套型全氧化物太阳能电池的制备方法，采用氧化物多孔单晶嵌套结构，改善金属氧化物之间的接触界面和内部电荷传输，提高载流子转移、分离效率。

本发明的技术方案：

一种多孔单晶嵌套型全氧化物太阳能电池的制备方法，利用模板辅助方法在透明导电基体上制备n型或p型氧化物多孔单晶阵列薄膜，通过高温晶化、扩孔等一系列处理后，利用电化学沉积方法在n型或p型氧化物多孔单晶阵列薄膜基底上沉积p型或n型氧化物半导体薄膜，得到多孔单晶嵌套的全氧化物p-n结，最后在表面蒸镀金属电极构建多孔单晶嵌套的全氧化物太阳能电池。

所述的多孔单晶嵌套型全氧化物太阳能电池的制备方法，模板辅助方法的基本过程如下：

(1)清洗透明导电基体，透明导电基体涵盖各种具有良好透光性的导电基体，在水、乙醇、丙酮、异丙醇溶剂中分别超声10～20min，然后用氮气吹干，采用O₂等离子体处理4～6min；

(2)在O₂等离子体处理后的透明导电基体表面沉积n型或p型氧化物半导体的种子层；

(3)将二氧化硅球种子模板和所需晶面控制剂分散到n型或p型氧化物半导体生长前驱液中，超声分散0.5～2h，保证模板均匀分散；

(4)将表面沉积有种子层的透明基底导电面朝上放入反应釜内胆底部，加入含有模板分散的n型或p型氧化物半导体生长前驱液，利用水平离心机将前驱液中的模板紧密沉积到透明导电基体；

(5)将反应釜内胆从离心机中取出后密封于不锈钢套，转移至烘箱中水热处理生长n型或p型氧化物半导体薄膜；

(6)将生长完n型或p型氧化物半导体薄膜的透明导电薄膜，通过化学刻蚀或热处理方法将模板去除，得到n型或p型氧化物多孔单晶阵列薄膜，获得n型或p型氧化物多孔单晶阵列薄膜，其孔径及孔隙率主要与使用的二氧化硅球种子模板尺寸和数量相关。

所述的多孔单晶嵌套型全氧化物太阳能电池的制备方法，透明导电基体采用氟掺杂的氧化锡FTO透明导电玻璃、氧化铟锡ITO透明导电玻璃或碳纳米管CNT透明导电基体。