一種MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明屬于新能源太陽(yáng)能光伏領(lǐng)域，具體地說(shuō)是涉及了一種MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件，以及基于磁控濺射技術(shù)制備MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件的方法。

背景技術(shù)：
進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，隨著社會(huì)發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)能源的需求急劇增加。傳統(tǒng)化石能源的日益枯竭以及對(duì)環(huán)境造成的破壞逐漸顯現(xiàn)，迫使各國(guó)將新能源的開(kāi)發(fā)和利用作為國(guó)家未來(lái)能源發(fā)展戰(zhàn)略。太陽(yáng)能是新能源中最普遍，也是較早被人們使用的，并且具有與電力技術(shù)兼容性好，安全性高等優(yōu)點(diǎn)。太陽(yáng)能電池是一種常見(jiàn)的將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的器件。目前光伏市場(chǎng)上80％是晶體硅太陽(yáng)能電池，晶體硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了24.7％，接近理論數(shù)值30％。但是生產(chǎn)過(guò)程能耗高，成本高，對(duì)環(huán)境污染大，嚴(yán)重阻礙了晶體硅太陽(yáng)能電池大規(guī)模的推廣應(yīng)用。其次，碲化鎘(CdTe)和銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽(yáng)能電池也在光伏市場(chǎng)上占據(jù)很大比重。美國(guó)第一太陽(yáng)能電池公司的碲化鎘(CdTe)和銅銦鎵硒(CIGS)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率都達(dá)到了11％以上，但是碲化鎘中，碲是地球上的稀有元素，同時(shí)，碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池中重金屬鎘，在工業(yè)生產(chǎn)中會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池制備流程復(fù)雜，成本高，不良品率高，電池預(yù)置層硒化技術(shù)使用的H2Se氣體，有劇毒，易揮發(fā)。這些不利條件都限制了這類化合物在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。在薄膜型太陽(yáng)電池研究中，染料敏化納米薄膜太陽(yáng)電池制備成本比較低，目前這種電池的實(shí)驗(yàn)室最高效率達(dá)到12％。但由于液體電解質(zhì)的存在，這種電池的穩(wěn)定性較差。因此，尋找一種綠色環(huán)保，成本低，高效，穩(wěn)定，工藝簡(jiǎn)單的太陽(yáng)能電池已成為當(dāng)前熱門課題。目前各種新型半導(dǎo)體材料被應(yīng)用于新型薄膜太陽(yáng)能電池的研制，其中半導(dǎo)體MoS2在光伏領(lǐng)域表現(xiàn)出的優(yōu)良性能引起了廣泛關(guān)注。MoS2是一種過(guò)渡金屬硫化物，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熱穩(wěn)定性能好。因此，MoS2作為一種新型二維層狀納米材料被廣泛應(yīng)用于物理、材料、化學(xué)等領(lǐng)域。層狀的MoS2在納米尺度上具有二維結(jié)構(gòu)，這比納米硅材料的三維體相結(jié)構(gòu)更容易實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體的微型化和高能效電子芯片。例如：?jiǎn)螌覯oS2的晶體管已經(jīng)被證實(shí)開(kāi)關(guān)比率達(dá)到了108，并且能耗較低。相對(duì)于石墨烯的零能帶隙，二硫化鉬存在著可調(diào)控的能帶隙(MoS2的禁帶寬度1.2～1.8eV)，因此在制備光電器件領(lǐng)域存在著廣闊領(lǐng)域。Tsai等人提出了利用化學(xué)沉積方法得到的單層MoS2與p-Si形成了P-N結(jié)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池器件的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了5.23％，是該結(jié)構(gòu)的過(guò)渡金屬硫化物太陽(yáng)能電池中達(dá)到的最高轉(zhuǎn)換效率。但是，單層MoS2在光吸收和電子轉(zhuǎn)移方面都存在缺陷。Shanmugam等人提出了在ITO玻璃上沉積的多層MoS2與金屬金(Au)形成肖特基結(jié)，該結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池的光電換效率達(dá)到了1.8％，但是，該制備工藝過(guò)程復(fù)雜，表面缺陷多，不良產(chǎn)品率高。相比較而言，MoS2薄膜太陽(yáng)能電池制備工藝簡(jiǎn)單，容易大面積生長(zhǎng)，制備和使用過(guò)程中無(wú)毒害物質(zhì)產(chǎn)生。同時(shí)，以薄膜型態(tài)，有利于將MoS2材料與傳統(tǒng)半導(dǎo)體Si進(jìn)行疊加集成，非常適合大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
基于上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件，以及該MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件的制備方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)解決方案是：一種MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件，包括MoS2薄膜層、作為MoS2薄膜層載體的Si襯底、金屬Pd電極及金屬In電極，MoS2薄膜層設(shè)置在Si襯底一面，金屬Pd電極設(shè)置在MoS2薄膜層表面，金屬In電極設(shè)置在Si襯底另一面，金屬Pd電極與金屬In電極分別連接金屬Cu導(dǎo)線。優(yōu)選的，所述MoS2薄膜層厚度為70-80nm。優(yōu)選的，所述Si襯底為p型Si單晶襯底，電阻率為1.2～1.8Ω·cm。優(yōu)選的，所述金屬Pd電極的厚度為30-40nm，所述金屬In電極的厚度為0.2mm，所述Cu導(dǎo)線的直徑為0.1mm。一種MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件的制備方法，包括以下步驟：(1)選取Si襯底，對(duì)其進(jìn)行第一次清洗，然后采用化學(xué)腐蝕方法去除清洗后Si襯底表面氧化層，再對(duì)去除表面氧化層的Si襯底進(jìn)行第二次清洗，清洗完成后對(duì)Si襯底進(jìn)行干燥；(2)將干燥后的Si襯底裝入托盤并放入真空腔，在Ar氣氣體環(huán)境下，采用直流磁控濺射技術(shù)，利用電離出的離子轟擊MoS2靶材，在Si襯底表面沉積MoS2薄膜層；(3)再在真空腔及Ar氣氣體環(huán)境下，采用直流磁控濺射技術(shù)，利用電離出的離子轟擊Pd靶材，在MoS2薄膜層表面沉積金屬Pd電極；(4)采用熱壓方式，在Si襯底背面完成金屬In電極的壓制；(5)分別在金屬Pd電極與金屬In電極上引出金屬Cu導(dǎo)線，完成MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件的制備。優(yōu)選的，步驟(1)中，所述Si襯底為p型Si單晶襯底，尺寸為10×10mm，電阻率為1.2～1.8Ω·cm；所述第一次清洗過(guò)程如下：將帶有氧化層的Si襯底在高純酒精中超聲清洗600s；所述Si襯底表面氧化層的去除過(guò)程如下：將帶有氧化層的Si襯底放入體積分?jǐn)?shù)為4％的氫氟酸溶液中，并超聲清洗60s；所述第二次清洗過(guò)程如下：將Si襯底依次在高純酒精和丙酮溶液中交替超聲清洗3次，每次清洗的時(shí)間長(zhǎng)度為180s；所述Si襯底干燥過(guò)程是用干燥氮?dú)鈱i襯底吹干，氮?dú)饧兌葹?9.95％。優(yōu)選的，步驟(2)中，所述MoS2靶材為MoS2陶瓷靶，靶材純度為99.9％，所述Ar氣氣壓維持0.3Pa不變，靶基距為50mm，薄膜層的沉積溫度為380℃，薄膜層厚度為70-80nm。優(yōu)選的，步驟(3)中，所述Pd靶材為Pd金屬靶，靶材純度為99.99％，所述Ar氣氣壓維持3Pa不變，靶基距為50mm，薄膜層的沉積溫度為20-25℃，金屬Pd電極厚度為30-40nm。優(yōu)選的，步驟(2)與步驟(3)中，所述真空腔的背底真空度均為5×10-4Pa，真空條件是由機(jī)械泵和分子泵雙級(jí)真空泵共同制得。優(yōu)選的，步驟(4)中，所述金屬In電極的厚度為0.2mm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：本發(fā)明通過(guò)在p-Si襯底表面沉積MoS2薄膜，形成p-n結(jié)，利用該p-n結(jié)具有的光伏效應(yīng)，研制出了一種MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件。測(cè)試結(jié)果顯示：在功率為15mW/cm2光照條件下，所制備的MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池具有明顯的光伏性能，短路電流3.16mA/cm2，開(kāi)路電壓0.13V，填充因子0.46，光電轉(zhuǎn)換效率1.3％。同時(shí)，該MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池具有響應(yīng)時(shí)間快，可重復(fù)性高，較弱的光致衰減效應(yīng)，成本低廉，性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，而且制備方法簡(jiǎn)單，能耗低，綠色環(huán)保。附圖說(shuō)明下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：圖1為所制備MoS2/Sip-n結(jié)的Raman光譜圖。圖2為MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件性能測(cè)量的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件的光伏性能曲線。圖4為MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件短路電流隨光照條件的響應(yīng)性能。圖5為MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件開(kāi)路電壓隨光照條件的響應(yīng)性能。具體實(shí)施方式本發(fā)明利用直流磁控濺射技術(shù)，在p-Si半導(dǎo)體襯底上沉積MoS2薄膜層，形成p-n結(jié)。當(dāng)有光照時(shí)，在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，光生載流子發(fā)生擴(kuò)散和漂移，最終p-n結(jié)兩端形成一個(gè)穩(wěn)定的光生電壓，即光伏效應(yīng)。下面對(duì)MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件的結(jié)構(gòu)及制備方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。一種MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件，包括MoS2薄膜層、作為MoS2薄膜層載體的Si襯底、金屬Pd前電極及金屬In背電極。MoS2薄膜層設(shè)置在Si襯底表面，MoS2薄膜層厚度為70-80nm，Si襯底為p型Si單晶襯底，電阻率為1.2～1.8Ω·cm。金屬Pd前電極設(shè)置在MoS2薄膜層表面，金屬In背電極設(shè)置在Si襯底背面。金屬Pd前電極與金屬In背電極分別連接金屬Cu導(dǎo)線。金屬Pd前電極的厚度為30-40nm，金屬In背電極的厚度為0.2mm，Cu導(dǎo)線的直徑為0.1mm。上述MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件的制備方法，包括以下步驟：(1)選取p型Si單晶襯底，尺寸為10×10mm，電阻率為1.2～1.8Ω·cm，對(duì)其進(jìn)行第一次清洗，然后采用化學(xué)腐蝕方法去除清洗后Si襯底表面氧化層，再對(duì)去除表面氧化層的Si襯底進(jìn)行第二次清洗，清洗完成后對(duì)Si襯底進(jìn)行干燥。(2)將干燥后的Si襯底裝入托盤并放入真空腔，真空腔的背底真空度為5×10-4Pa，在Ar氣氣體環(huán)境下，采用直流磁控濺射技術(shù)，利用電離出的離子轟擊MoS2靶材，在Si襯底表面沉積MoS2薄膜層。所述MoS2靶材為MoS2陶瓷靶，靶材純度為99.9％，所述Ar氣氣壓維持0.3Pa不變，靶基距為50mm，薄膜層的沉積溫度為380℃，薄膜層厚度為70-80nm。(3)再在真空腔及Ar氣氣體環(huán)境下，采用直流磁控濺射技術(shù)，利用電離出的離子轟擊Pd靶材，在MoS2薄膜層表面沉積金屬Pd前電極。所述真空腔的背底真空度為5×10-4Pa，所述Pd靶材為Pd金屬靶，靶材純度為99.99％，所述Ar氣氣壓維持3Pa不變，靶基距為50mm，薄膜層的沉積溫度為20-25℃，金屬Pd前電極厚度為30-40nm。(4)采用熱壓方式，在Si襯底背面完成金屬In背電極的壓制。所述金屬In背電極的厚度為0.2mm。(5)分別在金屬Pd前電極與金屬In背電極上引出直徑為0.1mm的金屬Cu導(dǎo)線，完成MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件的制備。步驟(1)中，所述第一次清洗過(guò)程如下：將帶有氧化層的Si襯底在高純酒精中超聲清洗600s；所述Si襯底表面氧化層的去除過(guò)程如下：將帶有氧化層的Si襯底放入體積分?jǐn)?shù)為4％的氫氟酸溶液中，并超聲清洗60s；所述第二次清洗過(guò)程如下：將Si襯底依次在高純酒精和丙酮溶液中交替超聲清洗3次，每次清洗的時(shí)間長(zhǎng)度為180s；所述Si襯底干燥過(guò)程是用干燥氮?dú)鈱i襯底吹干，氮?dú)饧兌葹?9.95％。步驟(2)與步驟(3)中，所述真空條件是由機(jī)械泵和分子泵雙級(jí)真空泵共同制得。下面結(jié)合性能測(cè)量結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的效果：圖1為MoS2/Sip-n結(jié)的Raman光譜圖。圖中拉曼位移373cm-1和410cm-1散射峰為MoS2薄膜的特征峰，分別對(duì)應(yīng)面內(nèi)振動(dòng)模式(E12g)和面外振動(dòng)模式(A1g)。拉曼位移520cm-1為Si襯底的散射峰。圖2為MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件性能測(cè)量的結(jié)構(gòu)示意圖。在性能測(cè)試過(guò)程中，定義電流的正方向?yàn)橛山饘買n背電極流向金屬Pd前電極。圖3為MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件的光伏性能曲線。兩條曲線分別代表黑暗和15mW/cm2光照條件下的伏安特性曲線。如圖所示，所制備的MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件的I-V曲線表現(xiàn)出明顯的不對(duì)稱特征，這主要是因?yàn)镸oS2薄膜與Si襯底形成的p-n結(jié)具有良好的整流特性。在15mW/cm2光照條件下，該MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件表現(xiàn)出良好的光伏特性：開(kāi)路電壓0.13V，短路電流密度3.16mA/cm2，并且該MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件的填充因子為0.46，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了1.3％。目前國(guó)內(nèi)外尚未有在該結(jié)構(gòu)下MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件的報(bào)道。圖4為MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件短路電流隨光照條件的響應(yīng)性能。測(cè)試電壓為0V。如圖所示，通過(guò)改變其所處的光照條件，所制備MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件，在光照條件，電流迅速增加到3.16mA/cm2，在黑暗條件，電流迅速減小。圖5為MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件開(kāi)路電壓隨光照條件的響應(yīng)性能。測(cè)試電壓為0V。如圖所示，通過(guò)改變其所處的光照條件，所制備MoS2/Sip-n結(jié)太陽(yáng)能電池器件表現(xiàn)出良好的光響應(yīng)性能，具有響應(yīng)速度快、狀態(tài)穩(wěn)定、重復(fù)性高等優(yōu)點(diǎn)。