一种导电有机物/硅纳米线太阳能电池的制备方法及其产品技术

本发明专利技术公开了一种导电有机物/硅纳米线太阳能电池的制备方法，以氧化铝为模板，结合金属辅助化学蚀刻法制备硅纳米线，800～1000℃下，经热氧化处理60～800min，在硅纳米线表面生成氧化硅，再浸泡氢氟酸溶液至氧化硅去除完全；将处理后的硅纳米线浸泡在四甲基氢氧化铵水溶液中，取出后，在表面旋涂导电有机物，再经热处理得到成结硅纳米线；再分别在成结硅纳米线正面和背面沉积银、铝作为电极，得到所述的导电有机物/硅纳米线太阳能电池。本发明专利技术提供了一种导电有机物/硅纳米线太阳能电池的制备方法，制备得到排列有序且直径可控的硅纳米线，进而制备电池效率显著提高的导电有机物/硅纳米线太阳能电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能电池的
，尤其涉及一种导电有机物/硅纳米线太阳能电池的制备方法及其产品。
技术介绍
当今世界煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源危机制约了经济发展，同时常规能源导致的全球气候反常和日益恶化的环境问题，也备受关注。越来越多的国家将目光投向可再生能源，其中太阳能资源的开发，便成了世界性的大趋势。太阳能电池具有永久性、清洁性和灵活性的三大优点。在太阳能电池产业中，以晶体硅为原料的太阳能电池占了80％以上，但与常规能源相比，占据的总的市场份额依然很小。这主要是因为成本问题限制了该产业的发展。硅太阳能成本一半源于硅材料本身及加工工艺。硅纳米线在降低硅材料的使用量上具有非常大的优势，硅纳米线与体型硅相比，可以增加光路长度5～203倍，有效降低反射率，从而可以作为光捕获层[Shen,X.,et al.,Hybrid Heterojunction Solar Cell Based on Organic–Inorganic Silicon Nanowire Array Architecture.Journal of the American Chemical Society,2011.133(48):p.19408-19415]，这可以大大减少硅的使用量，从而降低成本。导电有机物与硅纳米线复合形成杂化太阳能电池，结合了有机物柔性高、制备简单和硅纳米线良好的光电性能、较低的反射率的优势，在科学界引发了新一轮研究热潮。传统方法制备的硅纳米线虽然能够有效降低反射率，但由于表面积大，存在着严重的载流子复合问题，降低了硅纳米线的少子寿命，从而影响电池效率[Zhang,J.；Zhang,Y.；Zhang,F.；Sun,B.Electrical characterization of inorganic-organic hybrid photovoltaic devices based on silicon-poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate).Appl.Phys.Lett.2013,102,013501.]。同时传统方法制备的硅纳米线杂乱无序，无法有效控制纳米线直径，无法控制硅纳米线的少子寿命。基于以上劣势，传统方法制备的导电有机物/硅纳米线太阳能电池效率一般都不超过11％[He,L.；Rusli；Jiang,C.；Wang,H.；Lai,D.Simple Approach of Fabricating High Efficiency Si Nanowire/Conductive Polymer Hybrid Solar Cells.IEEE Electron Device Lett.2011,32,1406-1408.]。
技术实现思路
本专利技术提供了一种导电有机物/硅纳米线太阳能电池的制备方法，制备得到排列有序且直径可控的硅纳米线，进而制备电池效率显著提高的导电有机物/硅纳米线太阳能电池。一种导电有机物/硅纳米线太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：a)以氧化铝为模板，结合金属辅助化学蚀刻法制备硅纳米线，800～1000℃下，经热氧化处理60～800min，在硅纳米线表面生成氧化硅，再浸泡氢氟酸溶液至氧化硅去除完全；b)将步骤a)处理后的硅纳米线浸泡在四甲基氢氧化铵水溶液中，取出后，在表面旋涂导电有机物，再经热处理得到成结硅纳米线；c)分别在步骤b)得到的成结硅纳米线的正面和背面沉积银、铝作为电极，得到所述的导电有机物/硅纳米线太阳能电池。作为优选，步骤a)中，所述硅纳米线的具体制备过程为：在氧化铝模板上溅射金，再将金膜转移到硅片上，置于氢氟酸与双氧水的混合溶液中刻蚀，得到硅纳米线。步骤a)中，所述的热氧化在氧气氛围中进行，作为优选，所述的热氧化温度为900～950℃，时间为550～650min。进一步优选为900℃下热氧化600min。作为优选，步骤a)中，所述氢氟酸溶液的质量百分比浓度为2～40％。经过热氧化处理并结合氢氟酸浸泡，可以实现对硅纳米线直径的精确调控，选择反射率以及少子寿命两者结合最佳的条件，用于后续杂化太阳能电池的制备，提高电池效率。作为优选，步骤b)中，所述四甲基氢氧化铵水溶液的质量百分比浓度为0.5～2％，浸泡温度为10～50℃，时间为50～150s。进一步优选，所述四甲基氢氧化铵水溶液的质量百分比浓度为1％，浸泡时间为室温，时间为90s。经四甲基氢氧化铵水溶液浸泡后，进一步对硅纳米线的表面形貌进行控制，有利于导电有机物进入到硅纳米线底部，与硅纳米线成结，从而有利于电池的制备。作为优选，步骤b)中，所述导电有机物为聚-3己基噻吩；或者为掺杂有二甲基亚砜和聚乙二醇辛基苯基醚的PEDOT:PSS(聚3,4-乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐)，二甲基亚砜的掺杂量为5～15wt％，聚乙二醇辛基苯基醚的掺杂量为1wt％。所述掺杂有二甲基亚砜和聚乙二醇辛基苯基醚的PEDOT:PSS的制备方法为：将PEDOT:PSS与二甲基亚砜和聚乙二醇辛基苯基醚混合后，搅拌均匀即可。进一步优选，所述导电有机物为掺杂有二甲基亚砜和聚乙二醇辛基苯基醚的PEDOT:PSS，二甲基亚砜、PEDOT:PSS和聚乙二醇辛基苯基醚的质量比为5:94:1。作为优选，步骤b)中，所述导电有机物的旋涂速度为1000～5000r/min。作为优选，步骤b)中，所述热处理温度为100～150℃，热处理时间为5～20min。根据上述的理由，再优选：步骤a)中，所述的热氧化条件为：900℃下热氧化600min；步骤b)中，所述的导电有机物为掺杂有二甲基亚砜和聚乙二醇辛基苯基醚的PEDOT:PSS，二甲基亚砜、PEDOT:PSS和聚乙二醇辛基苯基醚的质量比为5:94:1。以该优选质量比的导电有机物旋涂在经上述特定热氧化条件下处理得到的特殊直径的硅纳米线上，制备得到的太阳能电池具备最高的电池效率。本专利技术还公开了根据上述的制备方法得到的导电有机物/硅纳米线太阳能电池。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：采用本专利技术的方法制备得到的硅纳米线排列有序，有利于热氧化过程；通过热氧化及HF浸泡可以实现硅纳米线的直径可控，通过调控硅纳米线的直径，进一步调节反射率和少子寿命两个参数，选择反射率以及少子寿命两者结合最佳时的特定直径范围的硅纳米线，用于后续电池的制备。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导电有机物/硅纳米线太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)以氧化铝为模板，结合金属辅助化学蚀刻法制备硅纳米线，800～1000℃下，经热氧化处理60～800min，在硅纳米线表面生成氧化硅，再浸泡氢氟酸溶液至氧化硅去除完全；b)将步骤a)处理后的硅纳米线浸泡在四甲基氢氧化铵水溶液中，取出后，在表面旋涂导电有机物，再经热处理得到成结硅纳米线；c)分别在步骤b)得到的成结硅纳米线的正面和背面沉积银、铝作为电极，得到所述的导电有机物/硅纳米线太阳能电池。

【技术特征摘要】
1.一种导电有机物/硅纳米线太阳能电池的制备方法，其特征在于，
包括以下步骤：
a)以氧化铝为模板，结合金属辅助化学蚀刻法制备硅纳米线，
800～1000℃下，经热氧化处理60～800min，在硅纳米线表面生成氧化硅，
再浸泡氢氟酸溶液至氧化硅去除完全；
b)将步骤a)处理后的硅纳米线浸泡在四甲基氢氧化铵水溶液中，取
出后，在表面旋涂导电有机物，再经热处理得到成结硅纳米线；
c)分别在步骤b)得到的成结硅纳米线的正面和背面沉积银、铝作为
电极，得到所述的导电有机物/硅纳米线太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的导电有机物/硅纳米线太阳能电池的制备方
法，其特征在于，步骤a)中，所述硅纳米线的具体制备过程为：
在氧化铝模板上溅射金，再将金膜转移到硅片上，置于氢氟酸与双氧
水的混合溶液中刻蚀，得到硅纳米线。
3.根据权利要求1所述的导电有机物/硅纳米线太阳能电池的制备方
法，其特征在于，步骤a)中，所述的热氧化在900～950℃下进行，处理
时间为550～650min。
4.根据权利要求1所述的导电有机物/硅纳米线太阳能电池的制备方
法，其特征在于，步骤a)中，所述氢氟酸溶液的质量百分比浓度为2～40％。
5.根据权利要求1所述的导电有机物/硅纳米线太阳...

【专利技术属性】
技术研发人员：余学功，沈鑫磊，杨德仁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33