專利名稱：基于無序網(wǎng)狀碳納米管薄膜的太陽能微電池的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是能源領(lǐng)域的太陽能電池制備方法，具體是一種基于無序網(wǎng)狀碳納米管薄 膜的太陽能微電池的制備方法。
背景技術(shù)：
第一代太陽能電池是以單晶硅和多晶硅體塊材料為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)太能電池，因為材料成本 高而使得制造價格高，轉(zhuǎn)向發(fā)展以薄膜技術(shù)制造的第二代太陽能電池，因為光電轉(zhuǎn)換效率低 ，在發(fā)展廣泛使用方面存在困難。人們轉(zhuǎn)向新興的納米半導(dǎo)體材料，例如 一維半導(dǎo)體性碳 納米管具有一系列的分立能級，能夠匹配太陽光中可見光和紅外光，從而對太陽光具有強的 吸收能力；電子的迀移率是硅高100倍；多能帶的電子能帶結(jié)構(gòu)能有效延長熱載流子的馳豫 時間；機械性能適合與其它基底材料構(gòu)筑結(jié)合形成可靠的結(jié)構(gòu)；利用半導(dǎo)體性碳納米管制造 的太陽能微電池則具有很大的發(fā)展前景。
在碳納米管太陽能電池的研究初期，KymakisE.等(E. Kymakis， etal.，
A卯l.Phys.Lett. 2002,80:112-114)利用碳納米管材料和P30T (聚三辛基噻吩)混合制 成復(fù)合膜，得到0.04%光電轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池。這種復(fù)合膜的太陽能電池中的碳納米管 只充當電荷和空穴的傳輸通道，碳納米管和P30T形成的不穩(wěn)定的接觸，導(dǎo)致了低光電轉(zhuǎn)換效 率的器件。WeiJ.Q.等(WeiJ.Q.etal.，NanoLett.
2007， 8:2317-2321)使用雙壁碳納米管薄膜與硅片接觸形成pn異質(zhì)結(jié)，從而制得l. 31% 光電轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池。這種太陽能電池的中雙壁碳納米管與硅形成的接觸不穩(wěn)定，容 易分離。
對現(xiàn)有技術(shù)文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利公開號CN101257054，發(fā)明名稱為 一種太陽能 電池結(jié)構(gòu)及其制備方法，公開了一種P型和n型有機材料和碳納米管聚合成共混異質(zhì)結(jié)膜的太 陽能電池及其制備方法，以氧化銦錫作為陽極薄膜，鋁薄膜作為陰極，使用n型的有機材料 C60 (OH) 24和P型的共軛導(dǎo)電聚合物聚噻酚衍生物PED0T混合碳納米管制作聚合成共混異質(zhì)結(jié)膜 ，作為光敏材料。但是由于其結(jié)構(gòu)制作過程復(fù)雜，而且使用有機光敏染料，對太陽電池結(jié)構(gòu) 的長效穩(wěn)定不利。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于無序網(wǎng)狀碳納米管薄膜的太陽能微 電池的制備方法，采用自組裝技術(shù)制備得到無序網(wǎng)狀碳納米管薄膜，使用甲烷等離子體選擇 性刻蝕方法或大電流燒斷法去除無序網(wǎng)狀碳納米管薄膜中的金屬性碳納米管，得到大面積的 無序網(wǎng)狀半導(dǎo)體性碳納米管薄膜作為太陽能微電池的光敏材料。使用具有非對稱功函數(shù)的金 屬作為器件的非對稱電極對與半導(dǎo)體碳納米管接觸，在半導(dǎo)體碳納米管的兩端接觸處分別形 成非對稱結(jié)，從而在單壁半導(dǎo)體碳納米管內(nèi)形成強的內(nèi)建電場，促使光生電子-空穴對分離 。制得的太陽能微電池的過程簡單，易于操作，可實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。在模擬太陽光照射下具 有較高光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性，在光電轉(zhuǎn)換器件和太陽能電池器件領(lǐng)域具有廣泛的用途。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟
第一步、將清洗干凈的表面有二氧化硅層的硅片置于氧化劑混合液中進行親水化處理， 使硅片表面呈親水性；
所述的氧化劑混合液的組分及含量為1 6體積份的H2S04和1份H202。
所述的親水化處理是指在(TlO(TC的環(huán)境下將硅片置于氧化劑混合液中浸泡O. l-24h。 第二步、將具有親水性的硅片置于3-氨基丙基-三甲氧基硅烷溶液中浸泡，使得硅片的
二氧化硅層上得到3-氨基丙基-三甲氧基硅烷修飾，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-三甲氧基硅烷為溶質(zhì)，水位溶
劑組成的溶液，其濃度為0.01% 20%。
第三步、將清洗烘干后的硅片置于單壁碳納米管懸浮液中浸泡，通過自組裝方式在硅片
上形成無序網(wǎng)狀碳納米管薄膜，然后依次通過加熱處理和清洗處理分解清除硅片上的3-氨基
丙基-三甲氧基硅烷溶液；
所述的單壁碳納米管懸浮液是指濃度為0.01-lmg/mL的碳納米管懸浮液。
第四步、采用紫外-可見光光刻技術(shù)或電子束光刻技術(shù)在具有無序網(wǎng)狀碳納米管薄膜的
硅片上制作出非對稱電極對；
所述的非對稱電極對是指相對的高功函數(shù)金屬電極和低功函數(shù)金屬電極。 所述的高功函數(shù)金屬電極和低功函數(shù)金屬電極之間的距離介于5nm-400價，高功函數(shù)金
屬電極和低功函數(shù)金屬電極的相對寬度為10nm-10mm。
第五步、采用甲烷等離子體選擇性刻蝕法或大電流燒斷法去除無序網(wǎng)狀單壁碳納米管薄膜中的金屬性碳納米管，制成太陽能微電池。
所述的甲烷等離子體選擇性刻蝕去除法是指將單壁碳納米管薄膜置于等離子混合氣體 氛圍中，經(jīng)過高溫離子化處理刻蝕去除金屬性碳納米管。
所述的高溫離子化處理是指采用等離子發(fā)生裝置，將溫度設(shè)置為10(TC-40(rC，功率 400-IOOOW，反應(yīng)時間10-60min，反應(yīng)腔體內(nèi)壓強為30-200Pa。
所述的大電流燒斷法是在非對稱金屬電極上加上一個逐漸增大的反向直流偏壓，即在低 功函數(shù)金屬上加正電壓，在高功函數(shù)金屬上加負電壓，此時半導(dǎo)體性單壁碳納米管由于整流 特性只有很小的反向電流通過，而金屬性碳納米管將通過大的電流而被選擇性燒斷去除，這 樣留下半導(dǎo)體性碳納米管作為器件功能區(qū)。所述的反向直流偏壓可從1V增加到50V。
本發(fā)明使用自組裝的方法，使非對稱電極對之間形成無序網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的單壁碳納米管薄膜 ，使用甲烷等離子體刻蝕去除單壁碳納米管薄膜中的金屬性碳納米管，得到大面積無序網(wǎng)狀 半導(dǎo)體性單壁碳納米管薄膜的太陽能微電池。根據(jù)半導(dǎo)體光電效應(yīng)，將太陽光直接轉(zhuǎn)換為電 能的太陽能微電池。當器件收到光照射時，能量大于半導(dǎo)體單壁碳納米管的禁帶寬度的光子 將半導(dǎo)體性單壁碳納米管中價帶電子激發(fā)到導(dǎo)帶，同時在價帶中產(chǎn)生空穴，它們都稱為光生 電子-空穴對。光生電子和空穴被由非對稱電極形成的內(nèi)建電場推到半導(dǎo)體單壁碳納米管的 兩端，從而被非對稱電極所收集。在兩端電極形成電壓，若在兩端電極接入外電路，光生電 壓就可形成電流。
本發(fā)明制備所得太陽能微電池的構(gòu)造構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)大批量生產(chǎn)、長期使用穩(wěn)定性高 ，可在多種基底上如玻璃基底和柔性制備光電轉(zhuǎn)換器件以及大面積太陽電池。
圖l為實施例l微電池示意圖。
具體實施例方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施， 給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。 實施例l
本實施例采用自組裝的方法制備無序網(wǎng)狀單壁碳納米管薄膜，使用甲烷等離子體刻蝕法 得到無序網(wǎng)狀半導(dǎo)體性單壁碳納米管薄膜，使用紫外-可見光光刻技術(shù)制作非對稱金屬電極 對，從而構(gòu)成非對稱結(jié)構(gòu)太陽能微電池。
將清洗干凈的表面有二氧化硅層的硅片浸泡在H2S04和H202混合溶液中使硅片表面呈親水性，其中H2S04和H202比例范圍為2: 1，浸泡時間為10小時，浸泡溫度為80度；然后將經(jīng)去離
子水清洗干凈的硅片浸泡在APS溶液中，使單層的APS被修飾到親水性的二氧化硅表面，浸泡
時間為10h， APS溶液中H20和APS的比例范圍為100: 1;接著將經(jīng)去離子水清洗干凈并烘干后
的硅片置于濃度為O. lmg/mL的單壁碳納米管懸浮液中，浸泡lh使單壁碳納米管在硅片上自 組裝形成無序網(wǎng)狀單壁碳納米管薄膜。然后，通過加熱到15(TC使硅片表面的APS完全分解， 并使用去離子水將其清洗5次，使APS去除干凈，烘干。在有無序網(wǎng)狀單壁碳納米管薄膜的硅 片上采用紫外-可見光光刻技術(shù)制作出金屬Pd和金屬Al組成的非對稱電極對。其中Pd為高功 函數(shù)金屬電極，Al為低功函數(shù)金屬電極，兩個電極間距10能，正對的寬度為100能。
在等離子發(fā)生裝置中通入甲烷和氬氣，其體積比為3: 1，溫度設(shè)置為200。C，功率400W ，反應(yīng)時間30min，反應(yīng)腔體內(nèi)壓強為50Pa，使用甲烷等離子體選擇性刻蝕法去除無序網(wǎng)狀 單壁碳納米管薄膜中的金屬性碳納米管。
由于使用的Pd具有較高的功函數(shù)，它與半導(dǎo)體單壁碳納米管形成強p型結(jié)；而Sc由于具 有較低的功函數(shù)而與半導(dǎo)體單壁碳納米管則形成強n型結(jié)，由于兩個金屬的高功函數(shù)是不相 等，在單壁碳納米管接觸處形成非對稱結(jié)。在無序網(wǎng)狀半導(dǎo)體單壁碳納米管薄膜的兩端之間 形成內(nèi)建電場，促使光生電子-空穴的分離，這樣可制成無序網(wǎng)狀單壁碳納米管薄膜構(gòu)成的 非對稱結(jié)構(gòu)的太陽能微電池。利用直徑約為l納米的半導(dǎo)體性單壁碳納米管制得無序網(wǎng)狀的 單壁碳納米管薄膜非對稱結(jié)構(gòu)的電池在太陽光照射下，約0.35V的大的開路電壓和約15霡的 短路電流被獲得，光電轉(zhuǎn)換效率可達14. 3%。
實施例2
本實施例采用自組裝的方法制備無序網(wǎng)狀單壁碳納米管薄膜，使用甲烷等離子體刻蝕法 得到無序網(wǎng)狀半導(dǎo)體性單壁碳納米管薄膜，使用紫外-可見光光刻技術(shù)制作非對稱金屬電極 對，從而構(gòu)成非對稱結(jié)構(gòu)太陽能微電池。
將清洗干凈的表面有二氧化硅層的硅片浸泡在H2S04和H202混合溶液中使硅片表面呈親水 性，其中H2S04和H202比例范圍為6: 1，浸泡時間24小時，浸泡溫度為100度；然后將經(jīng)去離 子水清洗干凈的硅片浸泡在APS溶液中使單層的APS被修飾到親水性的二氧化硅表面，浸泡時 間為24h， APS溶液中H20和APS的比例范圍為10000: 1;接著將經(jīng)去離子水清洗干凈并烘干后 的硅片置于濃度為lmg/mL的單壁碳納米管懸浮液中，浸泡72h使單壁碳納米管在硅片上自組 裝形成無序網(wǎng)狀單壁碳納米管薄膜。然后，通過加熱到15(TC使硅片表面的APS完全分解，并使用去離子水將其清洗5次，使APS去除干凈，烘干。在有無序網(wǎng)狀單壁碳納米管薄膜的硅片 基底上采用紫外-可見光光刻技術(shù)制作出金屬Ni和金屬Sc組成的非對稱電極對。其中Ni為高 功函數(shù)金屬電極，Sc為低功函數(shù)金屬電極，兩個電極間距10能，正對的寬度為100能。
在等離子發(fā)生裝置中通入甲烷和氬氣，其體積比為4: 1，溫度設(shè)置為40(TC，功率1000W ，反應(yīng)時間60min，反應(yīng)腔體內(nèi)壓強為200Pa，使用甲烷等離子體選擇性刻蝕法去除去除無序 網(wǎng)狀單壁碳納米管薄膜中的金屬性碳納米管。
由于使用的Ni具有較高的功函數(shù)，它與半導(dǎo)體單壁碳納米管形成強p型結(jié)；而Sc由于具 有與較低的功函數(shù)(比Ni的功函數(shù)低)而與半導(dǎo)體單壁碳納米管則形成強n型結(jié)，由于兩個 金屬的高功函數(shù)是不相等，在單壁碳納米管接觸處形成非對稱結(jié)。在無序網(wǎng)狀半導(dǎo)體單壁碳 納米管薄膜的兩端之間形成內(nèi)建電場，促使光生電子-空穴的分離，這樣可制成無序網(wǎng)狀單 壁碳納米管薄膜構(gòu)成的非對稱結(jié)構(gòu)的太陽能微電池。利用直徑約為l納米的半導(dǎo)體性單壁碳 納米管制得無序網(wǎng)狀的單壁碳納米管薄膜非對稱結(jié)構(gòu)的電池在太陽光照射下，約0.45V的大 的開路電壓和約16霡的短路電流被獲得，光電轉(zhuǎn)換效率可達18.2%。。
實施例3
本實施例采用自組裝的方法制備無序網(wǎng)狀單壁碳納米管薄膜，使用甲烷等離子體刻蝕法 得到無序網(wǎng)狀半導(dǎo)體性單壁碳納米管薄膜，采用電子束光刻技術(shù)制作出非對稱金屬電極對， 從而構(gòu)成的非對稱結(jié)構(gòu)太陽能微電池。
將清洗干凈的表面有二氧化硅層的硅片浸泡在H2S04和H202混合溶液中使硅片表面呈親水 性，其中H2S04和H202比例范圍為1: 1，浸泡時間為2小時，浸泡溫度為20度；然后將經(jīng)去離
子水清洗干凈的硅片浸泡在APS溶液中使單層的APS被修飾到親水性的二氧化硅表面，浸泡時 間為2h， APS溶液中H20和APS的比列范圍為20: 1;接著將經(jīng)去離子水清洗干凈并烘干后的硅 片置于濃度為O. lmg/mL的單壁碳納米管懸浮液中，浸泡2h使單壁碳納米管在硅片上自組裝 形成無序網(wǎng)狀單壁碳納米管薄膜。然后，通過加熱到15(TC使基底表面的APS被完全分解，并 使用去離子水將其清洗5次，使APS去除干凈，烘干。在有無序網(wǎng)狀單壁碳納米管薄膜的硅片 基底上采用電子束光刻技術(shù)制作出金屬Ag和金屬Mg組成的非對稱電極對。其中Ag為較高功函 數(shù)金屬電極，Mg為低功函數(shù)金屬電極，兩個電極間距10能，正對的寬度為100能。
在等離子發(fā)生裝置中通入甲烷和氬氣，其體積比為2: 1，，溫度設(shè)置為20(TC，功率 500W，反應(yīng)時間10min，反應(yīng)腔體內(nèi)壓強為70Pa，使用甲烷等離子體選擇性刻蝕法去除無序網(wǎng)狀單壁碳納米管薄膜中的金屬性碳納米管。
由于使用的Ag具有較高的功函數(shù)，它與半導(dǎo)體單壁碳納米管形成強p型結(jié)；而Mg由于具 有與較低的功函數(shù)(比Ag的功函數(shù)更低)而與半導(dǎo)體單壁碳納米管則形成強n結(jié)，由于兩個 金屬的高功函數(shù)是不相等，在碳納米管接觸處形成非對稱結(jié)。在無序網(wǎng)狀半導(dǎo)體單壁碳納米 管薄膜的兩端之間形成內(nèi)建電場，促使光生電子-空穴的分離，這樣可制成無序網(wǎng)狀單壁碳 納米管薄膜構(gòu)成的非對稱結(jié)構(gòu)的太陽能微電池。利用直徑約為l納米的半導(dǎo)體性單壁碳納米 管制得無序網(wǎng)狀的碳納米管薄膜非對稱結(jié)構(gòu)的電池在太陽光照射下，約O. 29V的大的開路電 壓和約8霡的短路電流被獲得，光電轉(zhuǎn)換效率可達10%。
實施例4
本實施例采用自組裝的方法制備無序網(wǎng)狀單壁碳納米管薄膜，使用大電流燒斷法得到無 序網(wǎng)狀半導(dǎo)體性單壁碳納米管薄膜，采用電子束光刻技術(shù)制作出非對稱金屬電極對，從而構(gòu) 成的非對稱結(jié)構(gòu)太陽能微電池。
將清洗干凈的表面有二氧化硅層的硅片浸泡在H2S04和H202混合溶液中使硅片表面呈親水 性，其中H2S04和H202比例范圍為2: 1，浸泡時間為10小時，浸泡溫度為80度；然后將經(jīng)去離
子水清洗干凈的硅片浸泡在APS溶液中使單層的APS被修飾到親水性的二氧化硅表面，浸泡時
間為10h， APS溶液中H20和APS的比例范圍為100: 1;接著將經(jīng)去離子水清洗干凈并烘干后的
硅片置于濃度為O. lmg/mL的單壁碳納米管懸浮液中，浸泡lh使單壁碳納米管在硅片上自組裝 形成無序網(wǎng)狀單壁碳納米管薄膜。然后，通過加熱到15(TC使基底表面的APS完全分解，并使 用去離子水將其清洗5次，使APS去除干凈，烘干。在有無序網(wǎng)狀單壁碳納米管薄膜的硅片基 底上采用電子束光刻技術(shù)制作出金屬Pd和金屬Al組成的非對稱電極對。其中Pd為高功函數(shù)金 屬電極，Al為低功函數(shù)金屬電極，兩個電極間距10齙，正對的寬度為100齙。
在金屬Pd電極上加-10電壓，在金屬A1電極上施加從1-25V的電壓，此時半導(dǎo)體性單壁碳 納米管由于整流特性只有很小的反向電流通過，而金屬性碳納米管將通過大的電流而被選擇 性燒斷去除，這樣留下半導(dǎo)體性單壁碳納米管作為器件功能區(qū)。
由于使用的Pd具有較高的功函數(shù)，它與單壁半導(dǎo)體碳納米管形成強p型結(jié)；而A1由于具 有較低的功函數(shù)而與半導(dǎo)體單壁碳納米管則形成強n型結(jié)，由于兩個金屬的高功函數(shù)是不相 等，在單壁碳納米管接觸處形成非對稱結(jié)。在無序網(wǎng)狀半導(dǎo)體單壁碳納米管薄膜的兩端之間 形成內(nèi)建電場，促使光生電子-空穴的分離，這樣可制成無序網(wǎng)狀單壁碳納米管薄膜構(gòu)成的非對稱結(jié)構(gòu)的太陽能微電池。利用直徑約為l納米的半導(dǎo)體性單壁碳納米管制得無序網(wǎng)狀的單壁碳納米管薄膜非對稱結(jié)構(gòu)的電池在太陽光照射下，約O. 4V的大的開路電壓和約12. 5霡的短路電流被獲得，光電轉(zhuǎn)換效率可達14. 3%。實施例5
本實施例采用自組裝的方法制備無序網(wǎng)狀單壁碳納米管薄膜，使用大電流燒斷法得到無序網(wǎng)狀半導(dǎo)體性單壁碳納米管薄膜，采用紫外-可見光光刻技術(shù)制作出非對稱金屬電極對，從而構(gòu)成的非對稱結(jié)構(gòu)太陽能微電池。
將清洗干凈的表面有二氧化硅層的硅片浸泡在H2S04和H202混合溶液中使硅片表面呈親水性，其中H2S04和H202比例范圍為4: 1，浸泡時間為20小時，浸泡溫度為100度；然后將經(jīng)去
離子水清洗干凈的硅片浸泡在APS溶液中使單層的APS被修飾到親水性的二氧化硅表面，浸泡時間為36h， APS溶液中H20和APS的比例范圍為200: 1;接著將經(jīng)去離子水清洗干凈并烘干后的硅片置于濃度為0.5mg/mL的單壁碳納米管懸浮液中，浸泡2h使單壁碳納米管在硅片上自組裝形成無序網(wǎng)狀單壁碳納米管薄膜。然后，通過加熱到15(TC使基底表面的APS被完全分解，并使用去離子水將其清洗5次，使APS去除干凈，烘干。在有無序網(wǎng)狀單壁碳納米管薄膜的硅片基底上采用紫外-可見光光刻技術(shù)制作出金屬Ni和金屬Al組成的非對稱電極對。其中Ni為高功函數(shù)金屬電極，Al為低功函數(shù)金屬電極，兩個電極間距10齙，正對的寬度為200齙。
在金屬Ni電極上加-10電壓，在金屬A1電極上施加從1-25V的電壓，此時半導(dǎo)體性碳納米管由于整流特性只有很小的反向電流通過，而金屬性碳納米管將通過大的電流而被選擇性燒斷去除，這樣留下半導(dǎo)體性碳納米管作為器件功能區(qū)。
由于使用的Ni具有較高的功函數(shù)，它與半導(dǎo)體單壁碳納米管形成強p型結(jié)；而A1由于具有較低的功函數(shù)而與半導(dǎo)體單壁碳納米管則形成強n型結(jié)，由于兩個金屬的高功函數(shù)是不相等，在單壁碳納米管接觸處形成非對稱結(jié)。在無序網(wǎng)狀半導(dǎo)體單壁碳納米管薄膜的兩端之間形成內(nèi)建電場，促使光生電子-空穴的分離，這樣可制成無序網(wǎng)狀單壁碳納米管薄膜構(gòu)成的非對稱結(jié)構(gòu)的太陽能微電池。利用直徑約為l納米的半導(dǎo)體性單壁碳納米管制得無序網(wǎng)狀的碳納米管薄膜非對稱結(jié)構(gòu)的電池在太陽光照射下，約O. 35V的大的開路電壓和約22. 5霡的短路電流被獲得，光電轉(zhuǎn)換效率可達18%。
權(quán)利要求
1.一種基于無序網(wǎng)狀碳納米管薄膜的太陽能微電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟第一步、將清洗干凈的表面有二氧化硅層的硅片置于氧化劑混合液中進行親水化處理，使硅片表面呈親水性；第二步、將具有親水性的硅片置于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層上得到3-氨基丙基-三甲氧基硅烷修飾，然后清洗并烘干硅片；第三步、將清洗烘干后的硅片置于單壁碳納米管懸浮液中浸泡，通過自組裝方式在硅片上形成無序網(wǎng)狀碳納米管薄膜，然后依次通過加熱處理和清洗處理分解清除硅片上的3-氨基丙基-三甲氧基硅烷溶液；第四步、采用紫外-可見光光刻技術(shù)或電子束光刻技術(shù)在具有無序網(wǎng)狀碳納米管薄膜的硅片上制作出非對稱電極對；第五步、采用甲烷等離子體選擇性刻蝕法或大電流燒斷法去除無序網(wǎng)狀單壁碳納米管薄膜中的金屬性碳納米管，制成太陽能微電池。
2 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于無序網(wǎng)狀碳納米管薄膜的太陽能微電池 的制備方法，其特征是，所述的氧化劑混合液的組分及含量為r6體積份的H2S04和l份 H202。
3 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于無序網(wǎng)狀碳納米管薄膜的太陽能微 電池的制備方法，其特征是，所述的親水化處理是指在(T10(TC的環(huán)境下將硅片置于氧化 劑混合液中浸泡O. l-24h。
4 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于無序網(wǎng)狀碳納米管薄膜的太陽能微電池 的制備方法，其特征是，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 硅烷為溶質(zhì)，水位溶劑組成的溶液，其濃度為0.01% 20%。
5 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于無序網(wǎng)狀碳納米管薄膜的太陽能微電池 的制備方法，其特征是，所述的單壁碳納米管懸浮液是指濃度為O. 01-lmg/mL的碳納米管懸浮液。
6.根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于無序網(wǎng)狀碳納米管薄膜的太陽能微電池 的制備方法，其特征是，所述的非對稱電極對是指相對的高功函數(shù)金屬電極和低功函數(shù)金屬 電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于無序網(wǎng)狀碳納米管薄膜的太陽能微電池 的制備方法，其特征是，所述的高功函數(shù)金屬電極和低功函數(shù)金屬電極之間的距離介于 5nm-400價，高功函數(shù)金屬電極和低功函數(shù)金屬電極的相對寬度為10nm-10mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于無序網(wǎng)狀碳納米管薄膜的太陽能微電池 的制備方法，其特征是，所述的甲烷等離子體選擇性刻蝕去除法是指將單壁碳納米管薄膜 置于等離子混合氣體氛圍中，經(jīng)過高溫離子化處理刻蝕去除金屬性碳納米管。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于無序網(wǎng)狀碳納米管薄膜的太陽能微電池 的制備方法，其特征是，所述的高溫離子化處理是指采用等離子發(fā)生裝置，將溫度設(shè)置為 100°C-400°C，功率400-1000W，反應(yīng)時間10-60min，反應(yīng)腔體內(nèi)壓強為30-200Pa。
10.根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于無序網(wǎng)狀碳納米管薄膜的太陽能微電 池的制備方法，其特征是，所述的大電流燒斷法是在非對稱金屬電極上加上一個逐漸增大的 反向直流偏壓，即在低功函數(shù)金屬上加正電壓，在高功函數(shù)金屬上加負電壓，此時半導(dǎo)體性 單壁碳納米管由于整流特性只有很小的反向電流通過，而金屬性碳納米管將通過大的電流而 被選擇性燒斷去除，這樣留下半導(dǎo)體性碳納米管作為器件功能區(qū)。所述的反向直流偏壓可從 1V增加到50V。
全文摘要
一種能源領(lǐng)域的基于無序網(wǎng)狀碳納米管薄膜的太陽能微電池的制備方法，采用自組裝技術(shù)制備得到無序網(wǎng)狀碳納米管薄膜，使用甲烷等離子體選擇性刻蝕法或大電流燒斷法去除金屬性碳納米管，得到大面積的無序網(wǎng)狀半導(dǎo)體性碳納米管薄膜作為太陽能微電池的光敏材料。使用具有非對稱功函數(shù)的金屬分別作為器件的非對稱電極與半導(dǎo)體碳納米管接觸，在半導(dǎo)體碳納米管的兩端接觸處分別形成非對稱結(jié)，從而在單壁半導(dǎo)體碳納米管內(nèi)形成強的內(nèi)建電場，促使光生電子-空穴對分離。制得的太陽能微電池的過程簡單，易于操作，可實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。在模擬太陽光照射下具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率，在光伏器件領(lǐng)域具有廣泛的用途。
文檔編號H01L31/18GK101656278SQ20091030701
公開日2010年2月24日 申請日期2009年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月15日
發(fā)明者偉 張, 張亞非, 潘曉艷, 陳長鑫 申請人:上海交通大學