異質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)納米棒陣列的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種太陽能半導(dǎo)體薄膜的制備方法，特別設(shè)及化0-化InS2異質(zhì)核殼結(jié) 構(gòu)納米椿陣列的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 能源危機(jī)與環(huán)境污染促進(jìn)了太陽能電池的發(fā)展，太陽能電池中的吸收層和窗口層 使用的光電轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體薄膜材料是太陽能電池最重要的材料，其中吸收層吸收光能產(chǎn)生電 子和空穴（光生載流子），吸收層產(chǎn)生的光生載流子通過窗口層傳遞給電極。
[0003] 目前，制備太陽能電池的吸收層的一種較為理想的材料是化InS2。首先，化InS2光 電半導(dǎo)體薄膜禁帶寬度為1. 5eV，接近太陽能電池的最佳禁帶寬度（1. 45ev)，且其禁帶寬 度基本不受溫度變化的影響；其次，化InS,光電半導(dǎo)體薄的光吸收系數(shù)可達(dá)10 ScnTi^上， 沒有光致衰退效應(yīng)；再次，化InS2光電半導(dǎo)體薄膜毒性小；加之，化InS 2通常為黃銅礦結(jié)構(gòu)， 化InS,薄膜即使成分嚴(yán)重偏離化學(xué)計(jì)量比，仍具有黃銅礦型結(jié)構(gòu)和相似的物理和化學(xué)特 性，從而降低了材料制備上的難度，所W在化InS2光電半導(dǎo)體薄膜被廣泛用作太陽能電池 的吸收層。
[0004] 太陽能電池的窗口層需要提供直接電子傳輸通道，將吸收層產(chǎn)生的光生載流子傳 遞給收集電極，且需保證傳輸中電荷基本不產(chǎn)生復(fù)合現(xiàn)象。ZnO是一種n型寬帶隙半導(dǎo)體 材料，具有優(yōu)異的電子傳輸特性，室溫下禁帶寬度約為3. 37eV，且具有可觀的激子束縛能 (60meV)。其中，納米結(jié)構(gòu)陣列的ZnO半導(dǎo)體薄膜，既可W獲得較大的電荷分離界面，又可W 獲得電荷傳輸通道在S維空間的穩(wěn)定分布，被廣泛用作太陽能電池的窗口層材料巧nergy Environ. Sci，2009, 2,19-34 ;Adv. Mater. 2011，23,1810-1828 ;Energy Environ. Sci，2011， 4,2700-2720)。
[0005] 石勇等人在化0納米椿陣列上采用連續(xù)離子層吸附法將化InS2吸附在化0納米椿 陣列上，得到化0-化InS2異質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)納米椿陣列。該種陣列可將其內(nèi)核的ZnO納米椿作 為太陽能電池中的窗口層，表面的化1嗚作為太陽能電池中的吸收層，從而制得太陽能電 池（Appl Surf Sci，2012, 10, 7465-7469)。SiO-QiInSa異質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)納米椿陣列的制備方 法是；氯化銅及氯化銅的混合水溶液作為陽離子前驅(qū)體溶液，并采用鹽酸調(diào)節(jié)溶液的抑， 使其抑=2,硫化鋼水溶液作為陰離子前驅(qū)體溶液，再將生長(zhǎng)有ZnO納米椿陣列的基底交 替在陽離子前驅(qū)體溶液和陰離子前驅(qū)體溶液中提拉（浸入-沖洗循環(huán)操作），提拉多次后， 即得到化0-化InS2異質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)納米椿陣列。該方法的缺陷是；制備過程中的陽離子前驅(qū) 體溶液加入鹽酸，呈強(qiáng)酸性，陰離子前驅(qū)體溶液中硫離子水解，也為酸性；進(jìn)而ZnO納米椿 陣列上的ZnO在兩種溶液中提拉時(shí)，均會(huì)被嚴(yán)重腐蝕，使ZnO納米椿受到損壞，其電子傳輸 特性降低；導(dǎo)致最終制得的太陽能電池質(zhì)量降低、可靠性差，光電轉(zhuǎn)換效率得不到保證（ACS Nano 2010,4,3302-3308)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種化0-化InS2異質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)納米椿陣列的制備方法，該 法成本低、工藝簡(jiǎn)單，且制得的化〇H：uInS2異質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)納米椿陣列結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，質(zhì)量好，光 電轉(zhuǎn)換效率高，W其制備的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率高。
[0007] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是；一種化0-化InS2異質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)納 米椿陣列的制備方法，包括：a、基底處理，b、ZnO種子層制備，c、ZnO納米椿陣列制備，d、陽 離子前驅(qū)體溶液制備，e、陰離子前驅(qū)體溶液制備，f、化0-化InS2納米椿陣列制備；其中： [000引所述的步驟d的陽離子前驅(qū)體溶液制備的具體操作是；將濃度為0. 1-0. 45mol/ L的氯化銅（化CI2 ? 2&0)溶液與=己醇胺絡(luò)合劑充分絡(luò)合，得到氯化銅絡(luò)合液；將濃度為 0. 1-0. 45mol/L的氯化銅（InCls，4&0)與巧樣酸S鋼絡(luò)合劑充分絡(luò)合，得到氯化銅絡(luò)合液； 再將氯化銅絡(luò)合液和氯化銅絡(luò)合液混合，得到陽離子前驅(qū)體溶液；且陽離子前驅(qū)體溶液中 氯化銅與氯化銅的摩爾量相等；
[0009] 所述的步驟e的陰離子前驅(qū)體溶液制備的具體操作是；將硫脈溶解于蒸饋水得到 濃度為0. 2-0. 9mol/L的硫脈溶液，并采用化0H溶液調(diào)節(jié)硫脈溶液的抑，使其抑=8-8. 5， 得到陰離子前驅(qū)體溶液。
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[ocm] -、氯化銅與氯化銅的純物質(zhì)只能在抑<3的溶液中W離子形式存在，ZnO難W承 受強(qiáng)酸而必被腐蝕，將兩種離子與不同絡(luò)合劑絡(luò)合，混合得到近中性的陽離子前驅(qū)體溶液， 采用化0H調(diào)節(jié)得到近中性的陰離子前驅(qū)體溶液，兩種近中性的前驅(qū)體溶液在40-70°C均可 釋放離子而吸附在化0納米椿的表面，避免了強(qiáng)酸性的前驅(qū)體溶液對(duì)化0納米椿的腐蝕，使 陣列中的ZnO結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，從而保證了整個(gè)化0H：uInS2異質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)納米椿陣列結(jié)構(gòu)的質(zhì)量 和可靠性，提高了光電轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)，也大大減少了化0的浪費(fèi)，降低了生產(chǎn)成本。
[0012] 二、本發(fā)明的兩種前驅(qū)體溶液近中性較之強(qiáng)酸的前驅(qū)體溶液，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的 同時(shí)，還降低了對(duì)操作者的勞保要求，制備過程更簡(jiǎn)單；也減少了對(duì)操作者健康的危害和對(duì) 環(huán)境的污染。
[0013] 進(jìn)一步，本發(fā)明所述的步驟a的基底處理的具體操作是；將FT0玻璃基板依次在稀 硝酸溶液（濃硝酸與水的體積比為1 ;5)、蒸饋水和無水己醇中進(jìn)行超聲處理，每次超聲時(shí) 間是10-20min，然后吹干備用。
[0014] 該樣，可W將FT0玻璃基板表面灰塵和有機(jī)物殘留完全清洗干凈，保證后續(xù)步驟 中在基底上制備ZnO種子層、ZnO納米椿陣列W及化0-化InS2納米椿陣列免受污染。
[0015] 進(jìn)一步，本發(fā)明所述的步驟b的ZnO種子層制備的具體操作是；將經(jīng)步驟a處理 過的基底浸入濃度為0. 005-0.0 lmol/L的己酸鋒狂11(邸3〇)0)2 ? 2&0)無水己醇溶液中 10-20S，取出后置于250-350°C溫度下保溫10-20min，即得到覆蓋ZnO種子層的基底。
[0016] 該樣，通過高溫保溫可W穩(wěn)固化0種子層在基底的附著力，確?；?納米椿陣列的 均勻性與附著效果。
[0017] 進(jìn)一步，本發(fā)明所述的步驟C的ZnO納米椿陣列制備的具體操作是；將步驟 b制得的覆蓋有ZnO種子層的基底放入反應(yīng)蓋中；將硝酸鋒狂n(N〇3)2 ? 2&0)，六次甲 基四胺（HMTA)，聚己締亞胺（PEI)溶于水中得到混合溶液；混合溶液中，硝酸鋒的濃度 為0. 025-0. 075mol/l，六次甲基四胺的濃度為0. 01-0. 075mol/l，聚己締亞胺的濃度為 0. 005mol/L ;將混合溶液轉(zhuǎn)入反應(yīng)蓋使其淹沒覆蓋有ZnO種子層的基底，再將反應(yīng)蓋置加 熱至80-100°C，保溫16-2化；取出基底在420-450°C溫度下退火處理20-35min，隨后自然冷 卻至室溫，即得到生長(zhǎng)有ZnO納米椿陣列的基底。
[00化]該樣，六次甲基四胺（HMTA)與聚己締亞胺（陽I)兩者之間協(xié)同作用抑制ZnO納米 椿橫向生長(zhǎng)，促進(jìn)其縱向生長(zhǎng)，確保ZnO納米椿陣列垂直于FT0基底生長(zhǎng)，有利于光生電子 沿著垂直生長(zhǎng)的納米陣列直接運(yùn)輸?shù)绞占姌O上，提高太陽能電池窗口層傳輸電子性能， 進(jìn)而提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。
[0019] 進(jìn)一步，本發(fā)明所述的步驟f的化0-化InS2納米椿陣列制備的具體操作是；將步 驟C制得的生長(zhǎng)有ZnO納米椿陣列的基底，先浸入40-70°C陽離子前驅(qū)體溶液15-25S，取出 后蒸饋水沖洗，再浸入40-70°C陰離子前驅(qū)體溶液15-25S，取出后蒸饋水沖洗；即為一次浸 入-沖洗循環(huán)操作；重復(fù)浸入-沖洗循環(huán)操作10-90次，即得。
[0020] 該樣，通過簡(jiǎn)