[发明专利]一种基于石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结光伏器件的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结的光伏器件的制备方法，属于光伏器件制备技术领域；具体包括以下步骤：在具有氧化物绝缘层的衬底上制备石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结层，之后在石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结层两端分别制作正负电极，得到所述基于石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结的光伏器件；本发明的GNR/SWCNT分子内异质结对光子的吸收和转化效率高，使制得的光伏器件具有优异的本征功率转换效率。

技术领域

本发明属于光伏器件制备技术领域，具体涉及一种基于石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结光伏器件的制备方法。

背景技术

随着不可再生能源的不断消耗，其存量变得越来越稀缺，因此石油、煤炭、天然气等化石能源的价格呈现不断上涨的趋势。但是对这些能源产生电能的需求并没有下降，更准确地说是需求在不断地增加，从而必须寻求不可再生资源的替代品以满足这一需求。太阳能等可再生能源是清洁能源、可持续发展能源，并且获取的方式较为简单，因此成为了用来替代不可再生能源的较佳选择。光伏产业则在这一背景下应运而生并开始发展。光伏器件的研发是光伏产业中的核心技术，研究开发高本征功率转化效率的光伏器件，是能够引领光伏产业大步向前发展的关键。

碳纳米管是由单层或多层石墨烯片围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管。根据管壁层数的不同可分为单壁碳纳米管(SWCNT)、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管。碳纳米管独特的一维石墨结构赋予它许多优良的力学、电学、热学、磁学及化学性能，使其在光伏器件研究中具有广阔的前景。石墨烯是一种目前备受关注的二维材料之一，石墨烯表现出诸多独特的物理特性，比如：较高的迁移率、较好的机械强度，较高的热导和较宽的光学吸收范围等。由于自身优异的性质，石墨烯日益成为制造光伏器件的优选材料，但是本征石墨烯的能带难以打开，使其在光伏器件应用方面不能很好地发挥作用。为此，人们研究采用了不同的方法将石墨烯带隙打开，得到了石墨烯纳米带(GNR)、石墨烯纳米网络等，以提高石墨烯材料在光伏器件中的性能。但是，单纯的碳纳米管或石墨烯纳米带、石墨烯纳米网络应用于光伏器件中时，由于其不能高效地对激子解离产生自由移动的空穴和电子，因此使得碳纳米管及石墨烯材料应用于光伏器件的研究遇到了瓶颈。

发明内容

为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种基于石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结光伏器件的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供了一种基于石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结的光伏器件的制备方法，包括以下步骤：在具有氧化物绝缘层的衬底上制备石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结层，之后在石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结层两端分别制作正负电极，得到所述基于石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结的光伏器件。

进一步地，所述衬底为硅片，所述氧化物绝缘层为在所述硅片上热氧化生长得到的SiO₂层。

进一步地，所述石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结层的制备方法为：首先将单壁碳纳米管分散液旋涂于有氧化物绝缘层的基片上并加热清洗，接着对基片进行煅烧，之后磁控溅射沉积过渡金属，然后以氢气作为反应气体，氩气为载气，通过微波加热过渡金属催化剂和碳纳米管使其发生解链，即得所述石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结层。

进一步地，所述单壁碳纳米管分散液的制备方法为：将单壁碳纳米管、表面活性剂聚(对亚苯基亚乙烯基-共-(2,5-二辛氧基间亚苯基亚乙烯基)(PmPV)溶于1,2-二氯乙烷(DCE)中，并超声处理；所述单壁碳纳米管、表面活性剂及1,2-二氯乙烷的质量体积比为1mg∶(30～40)mg∶(20～25)mL，所述超声处理时间为2h。

进一步地，所述加热清洗为70～90℃加热处理旋涂有单壁碳纳米管分散液的基片2-5min后用DCE涮洗基片2-10min去除大部分的PmPV；所述煅烧温度为300～400℃，时间为15min～1h，从而进一步去除残留的PmPV。