專利名稱：一種氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽能電池的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于薄膜太陽能電池制備的技術領域，特別涉及一種氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽能電池的制備方法。
背景技術：
氧化鋅屬于第三代半導體材料，是II - VI族直接寬禁帶半導體氧化物，室溫下禁帶寬度約為3. 37eV，激子束縛能高達60meV，因此能在室溫及更高溫度產(chǎn)生近紫外的短波激子發(fā)光。ZnO有很強的紫外受激輻射和光生伏效應，特別適合制作高效率藍色、紫外發(fā)光和探測器等光電器件以及太陽能電池等。目前制備氧化鋅薄膜的方法有有機化學氣相沉積法、磁控濺射法、脈沖激光沉積法、分子束外延法等，但是這些方法存在設備昂貴、工藝復雜、成本高、產(chǎn)量低等缺點，難以滿足氧化鋅納米材料與器件迅速實用化的需要，另一個制約氧化鋅/氧化亞銅太陽能電池實用的技術障礙是光電轉(zhuǎn)化效率低。目前采用電化學沉積法制備出的氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽能電池，需要經(jīng)過熱處理、添加ZnO粉制備緩沖溶液等方法使效率有所提高，但是一方面增加了成本，另一方面效率仍然遠遠低于理論最大值(18%)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)存的技術不足，提供一種氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)薄膜太陽能電池的制備方法。本發(fā)明公開了一種基于電化學沉積技術，以透明導電玻璃為襯底制備氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽能電池的方法。本發(fā)明的氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽能電池的制備方法為首先通過電化學沉積在透明導電玻璃上沉積一層氧化鋅納米材料；以制備出的氧化鋅納米材料為基底，沉積一層氧化亞銅薄膜；再通過離子濺射在透明導電玻璃和氧化亞銅上制備金電極，從而獲得太陽能電池。上述方法的具體步驟如下
(1)將FTO透明導電玻璃切成IXkm的基片，接著用光漂洗滌劑超聲清洗30-60 min, 再用酒精超聲清洗30-60 min，最后用蒸餾水超聲清洗10-30 min，然后放入烘干箱干燥以
(2)將干燥的基片放入電解槽中，施加0.1-1 mA/cm2的恒電流，在60_90°C下沉積 0. 5- ，所采用電解液是濃度為0. 03-0. 5 mol/1硝酸鋅溶液，制備得到氧化鋅納米材料；
(3)將得到的氧化鋅納米材料放入電解槽，電流密度為0.1-0. 3 mA/cm2，在40-80°C下沉積時間30-90分鐘，得到一層氧化亞銅薄膜，制備出納米氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)，采用的電解液為硫酸銅與乳酸的混合液，硫酸銅濃度0. 2-0.4 mol/Ι，乳酸濃度為1_5 mol/1 ；
(4)以帶孔的鋅金屬片為掩膜，通過離子濺射在氧化亞銅薄膜上制備金電極。 本發(fā)明公開的另一種氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽能電池的制備方法，首先通過電化學沉積在透明導電玻璃上沉積一層氧化鋅薄膜；以制備出的氧化鋅薄膜為基底，沉積一層氧化亞銅薄膜；再通過離子濺射在透明導電玻璃和氧化亞銅上制備金電極，從而獲得太陽能電池。 上述方法的具體步驟如下
(1)將FTO透明導電玻璃切成IXkm的基片，接著用光漂洗滌劑超聲清洗30-60 min, 再用酒精超聲清洗30-60 min，最后用蒸餾水超聲清洗10-30 min，然后放入烘干箱干燥以
(2)將干燥的基片放入電解槽中，施加0.1 -1 mA/cm2的恒電流，在60-90°C下沉積 0. 5- ，所采用電解液是濃度為0. 3-0. 5 mol/1硝酸鋅溶液，制備得到氧化鋅薄膜；
(3)將得到的氧化鋅薄膜放入電解槽，電流密度為0.1-0. 3 mA/cm2，在40-80°C下沉積時間30-90分鐘，得到一層氧化亞銅薄膜，制備出氧化鋅/氧化亞銅薄膜異質(zhì)結(jié)，采用的電解液為硫酸銅與乳酸的混合液，硫酸銅濃度0. 2-0.4 mol/Ι，乳酸濃度為1_5 mol/1 ；
(4)以帶孔的鋅金屬片為掩膜，通過離子濺射在氧化亞銅薄膜上制備金電極。本發(fā)明公開的另一種氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽能電池的制備方法，首先通過電化學沉積在透明導電玻璃上沉積一層氧化鋅納米線；以制備出的氧化鋅納米線為基底，沉積一層氧化亞銅薄膜；再通過離子濺射在透明導電玻璃和氧化亞銅上制備金電極，從而獲得太陽能電池。上述方法的具體步驟如下
(1)將FTO透明導電玻璃切成IXkm的基片，接著用光漂洗滌劑超聲清洗30-60 min, 再用酒精超聲清洗30-60 min，最后用蒸餾水超聲清洗10-30 min，然后放入烘干箱干燥以
(2)將干燥的基片放入電解槽中，施加0.1 -1 mA/cm2的恒電流，在60-90°C下沉積 0. 5- ，所采用電解液是濃度為0. 03-0. 05 mol/Ι硝酸鋅溶液，制備得到氧化鋅納米線；
(3)將得到的氧化鋅納米線放入電解槽，電流密度為0.1-0. 3 mA/cm2，在40-80°C下沉積時間30-90分鐘，得到一層氧化亞銅薄膜，制備出氧化鋅/氧化亞銅薄膜異質(zhì)結(jié)，采用的電解液為硫酸銅與乳酸的混合液，硫酸銅濃度0. 2-0.4 mol/Ι，乳酸濃度為1_5 mol/Ι ；
(4)以帶孔的鋅金屬片為掩膜，通過離子濺射在氧化亞銅薄膜上制備金電極。本發(fā)明公開的另一種氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽能電池的制備方法，首先通過電化學沉積在透明導電玻璃上沉積一層氧化鋅納米線，將得到的氧化鋅納米線通過選擇性化學腐蝕制備氧化鋅納米管；然后以制備出的氧化鋅納米管為基底，沉積一層氧化亞銅薄膜； 再通過離子濺射在透明導電玻璃和氧化亞銅上制備金電極，從而獲得太陽能電池。其中，所述的選擇性化學腐蝕是指，將沉積有氧化鋅納米線的透明導電玻璃放入 0. 1-0. 2 mol/Ι氫氧化鉀溶液中，在70-80 °C下腐蝕60-120 min，制得氧化鋅納米管。上述方法的具體步驟如下
(1)將FTO透明導電玻璃切成IXkm的基片，接著用光漂洗滌劑超聲清洗30-60 min, 再用酒精超聲清洗30-60 min，最后用蒸餾水超聲清洗10-30 min，然后放入烘干箱干燥以
(2)將干燥的基片放入電解槽中，施加0. 1 -1 mA/cm2的恒電流，在60-90°C下沉積 0. 5- ，所采用電解液是濃度為0. 03-0. 05 mol/Ι硝酸鋅溶液，制備得到氧化鋅納米線；
5(3)將沉積有氧化鋅納米線的透明導電玻璃放入0.1-0.2 mol/Ι的氫氧化鉀溶液中，在 70-80 °C下腐蝕60-120 min，制得氧化鋅納米管；
(4)將得到的氧化鋅納米管放入電解槽，電流密度為0.1-0. 3 mA/cm2，在40-80°C下沉積時間30-90分鐘，得到一層氧化亞銅薄膜，制備出納米管/薄膜結(jié)構的氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)，采用的電解液為硫酸銅與乳酸的混合液，硫酸銅濃度0. 2-0. 4 mol/Ι，乳酸濃度為 1-5 mol/Ι ；
(5)以帶孔的鋅金屬片為掩膜，通過離子濺射在氧化亞銅薄膜上制備金電極。本發(fā)明的制備方法分別以氧化鋅薄膜/納米線/納米管為基底，沉積一層氧化亞銅薄膜，制備出三種結(jié)構的太陽能電池；得到三種異質(zhì)結(jié)為氧化鋅薄膜與氧化亞銅薄膜接觸形成的異質(zhì)結(jié)構、氧化亞銅填充在氧化鋅納米線陣列中形成的異質(zhì)結(jié)構、氧化亞銅填充于氧化鋅納米管中形成的異質(zhì)結(jié)構。本發(fā)明是通過電化學沉積制備氧化鋅薄膜、納米線，并通過選擇性腐蝕方法將氧化鋅納米線轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米管，進一步通過沉積一層P型氧化亞銅薄膜而形成異質(zhì)結(jié)，由此異質(zhì)結(jié)組裝成的太陽能電池可作為穩(wěn)定的電流源。本發(fā)明的有益效果為該工藝制備的異質(zhì)結(jié)表現(xiàn)出明顯的整流特性，由于增大了 p-n結(jié)面積，納米薄膜、納米線或納米管形成的電池，其p-n結(jié)面積依次增大，對于氧化鋅薄膜與氧化亞銅薄膜接觸形成的異質(zhì)結(jié)構、納米線/薄膜結(jié)構的氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)、納米管/薄膜結(jié)構的氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)，短路電流、開路電壓和效率明顯提高。通過本發(fā)明的方法制備得到的太陽能電池，可以提供穩(wěn)定的恒電流輸出，能夠明顯改善其性能，光電轉(zhuǎn)化效率高，并且實現(xiàn)了氧化物太陽能電池的快速、低成本、無污染、大批量生產(chǎn)?？傊?， 本發(fā)明的制備工藝簡單、無污染，原材料豐富、廉價，特別適合制備大批量、低成本太陽能電池。1.氧化鋅/氧化亞銅形成的異質(zhì)結(jié)的整流特性評價。將制備好的樣品放置于韓國Ecopia公司生產(chǎn)的EPS-300探針臺上，由型電流\電壓源表提供電壓，測試樣品的電流密度-電壓特性曲線。圖7是氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)的電流密度-電壓(I-V)特性曲線，三種結(jié)構的異質(zhì)結(jié)曲線類似，都表現(xiàn)出明顯的整流特性，其中正向?qū)妷杭s為0. 5V，在-3V時電流約為50 μ A，在3V時電流密度約為200 μ Α。2.太陽能電池性能測試
此測試是在標準測試條件下進行的，為測試溫度25士2°C，光源的光譜輻照度IOOmW/ cm2,并具有標準的AMI. 5太陽光譜輻照度分布。測試結(jié)果為在光照下可作為電池持續(xù)輸出電流，隨p-n結(jié)面積增大，輸出電流更高，性能更好。具體參數(shù)見表1。表1性能參數(shù)測試結(jié)果
權利要求
1.一種氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽能電池的制備方法，首先通過電化學沉積在透明導電玻璃上沉積一層氧化鋅納米材料；以制備出的氧化鋅納米材料為基底，沉積一層氧化亞銅薄膜；再通過離子濺射在透明導電玻璃和氧化亞銅上制備金電極，從而獲得太陽能電池。
2.如權利要求1所述的氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽能電池的制備方法，其具體步驟如下(1)將FTO透明導電玻璃切成IXkmW基片，接著用光漂洗滌劑超聲清洗30-60 min, 再用酒精超聲清洗30-60 min，最后用蒸餾水超聲清洗10-30 min，然后放入烘干箱干燥以(2)將干燥的基片放入電解槽中，施加0.1-1 mA/cm2的恒電流，在60_90°C下沉積 0. 5- ，所采用電解液是濃度為0. 03-0. 5 mol/1硝酸鋅溶液，制備得到氧化鋅納米材料；(3)將得到的氧化鋅納米材料放入電解槽，電流密度為0.1-0. 3 mA/cm2，在40-80°C下沉積時間30-90分鐘，得到一層氧化亞銅薄膜，制備出納米氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)，采用的電解液為硫酸銅與乳酸的混合液，硫酸銅濃度0. 2-0.4 mol/Ι，乳酸濃度為1_5 mol/1 ；(4)以帶孔的鋅金屬片為掩膜，通過離子濺射在氧化亞銅薄膜上制備金電極。
3.一種氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽能電池的制備方法，首先通過電化學沉積在透明導電玻璃上沉積一層氧化鋅薄膜；以制備出的氧化鋅薄膜為基底，沉積一層氧化亞銅薄膜； 再通過離子濺射在透明導電玻璃和氧化亞銅上制備金電極，從而獲得太陽能電池。
4.如權利要求3所述的氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽能電池的制備方法，其具體步驟如下(1)將FTO透明導電玻璃切成IXkm的基片，接著用光漂洗滌劑超聲清洗30-60 min, 再用酒精超聲清洗30-60 min，最后用蒸餾水超聲清洗10-30 min，然后放入烘干箱干燥以(2)將干燥的基片放入電解槽中，施加0.1-1 mA/cm2的恒電流，在60_90°C下沉積 0. 5- ，所采用電解液是濃度為0. 3-0. 5 mol/Ι硝酸鋅溶液，制備得到氧化鋅薄膜；(3)將得到的氧化鋅薄膜放入電解槽，電流密度為0.1-0. 3 mA/cm2，在40-80°C下沉積時間30-90分鐘，得到一層氧化亞銅薄膜，制備出氧化鋅/氧化亞銅薄膜異質(zhì)結(jié)，采用的電解液為硫酸銅與乳酸的混合液，硫酸銅濃度0. 2-0.4 mol/Ι，乳酸濃度為1_5 mol/Ι ；(4)以帶孔的鋅金屬片為掩膜，通過離子濺射在氧化亞銅薄膜上制備金電極。
5.一種氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽能電池的制備方法，首先通過電化學沉積在透明導電玻璃上沉積一層氧化鋅納米線；以制備出的氧化鋅納米線為基底，沉積一層氧化亞銅薄膜；再通過離子濺射在透明導電玻璃和氧化亞銅上制備金電極，從而獲得具有納米線/薄膜結(jié)構的太陽能電池。
6.如權利要求5所述的氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽能電池的制備方法，其具體步驟如下(1)將FTO透明導電玻璃切成IXkm的基片，接著用光漂洗滌劑超聲清洗30-60 min, 再用酒精超聲清洗30-60 min，最后用蒸餾水超聲清洗10-30 min，然后放入烘干箱干燥以(2)將干燥的基片放入電解槽中，施加0. 1 -1 mA/cm2的恒電流，在60-90°C下沉積 0. 5- ，所采用電解液是濃度為0. 03-0. 05 mol/Ι硝酸鋅溶液，制備得到氧化鋅納米線；(3)將得到的氧化鋅納米線放入電解槽，電流密度為0.1-0. 3 mA/cm2，在40-80°C下沉積時間30-90分鐘，得到一層氧化亞銅薄膜，制備出氧化鋅/氧化亞銅薄膜異質(zhì)結(jié)，采用的電解液為硫酸銅與乳酸的混合液，硫酸銅濃度0. 2-0.4 mol/Ι，乳酸濃度為1_5 mol/1 ；(4)以帶孔的鋅金屬片為掩膜，通過離子濺射在氧化亞銅薄膜上制備金電極。
7.如權利要求5所述的氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于 將得到的氧化鋅納米線通過選擇性化學腐蝕制備氧化鋅納米管；然后以制備出的氧化鋅納米管為基底，沉積一層氧化亞銅薄膜；再通過離子濺射在透明導電玻璃和氧化亞銅上制備金電極，從而獲得太陽能電池。
8.如權利要求7所述的氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于 所述的選擇性化學腐蝕是指，將沉積有氧化鋅納米線的透明導電玻璃放入0. 1-0. 2 mol/1 的氫氧化鉀溶液中，在70-80 °C下腐蝕60-120 min，制得氧化鋅納米管。
9.如權利要求7所述的氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽能電池的制備方法，其具體步驟如下(1)將FTO透明導電玻璃切成IXkmW基片，接著用光漂洗滌劑超聲清洗30-60 min, 再用酒精超聲清洗30-60 min，最后用蒸餾水超聲清洗10-30 min，然后放入烘干箱干燥以(2)將干燥的基片放入電解槽中，施加0.1-1 mA/cm2的恒電流，在60_90°C下沉積 0. 5- ，所采用電解液是濃度為0. 03-0. 05 mol/Ι硝酸鋅溶液，制備得到氧化鋅納米線；(3)將沉積有氧化鋅納米線的透明導電玻璃放入0.1-0.2 mol/Ι的氫氧化鉀溶液中，在 70-80 °C下腐蝕60-120 min，制得氧化鋅納米管；(4)將得到的氧化鋅納米管放入電解槽，電流密度為0.1-0. 3 mA/cm2,在40_80°C下沉積時間30-90分鐘，得到一層氧化亞銅薄膜，制備出納米管/薄膜結(jié)構的氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)，采用的電解液為硫酸銅與乳酸的混合液，濃度硫酸銅濃度0. 2-0. 4 mol/Ι，乳酸濃度為 1-5 mol/Ι ；(5)以帶孔的鋅金屬片為掩膜，通過離子濺射在氧化亞銅薄膜上制備金電極。
全文摘要
本發(fā)明屬于薄膜太陽能電池制備的技術領域，特別涉及一種氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽能電池的制備方法，通過電化學沉積以透明導電玻璃為襯底沉積一層氧化鋅納米材料，再以制備出的氧化鋅納米材料為基底，沉積一層氧化亞銅薄膜，制備氧化鋅/氧化亞銅薄膜太陽能電池。本發(fā)明的制備工藝簡單、無污染，原材料豐富、廉價，特別適合制備大批量、低成本太陽能電池。
文檔編號B82Y40/00GK102214734SQ20111015015
公開日2011年10月12日 申請日期2011年6月7日 優(yōu)先權日2011年6月7日
發(fā)明者鞏海波, 徐紅燕, 曹丙強, 魏浩銘 申請人:濟南大學