一种硅锗黑磷烯PIN异质结太阳能电池的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种硅锗黑磷烯PIN异质结太阳能电池的制备方法。该方法包括：清洗N型硅基底，在N型硅基底中制备N型硅纳米线阵列，然后在N型硅纳米线阵列上依次形成本征非晶锗层、P型黑磷烯层以及透明导电层，最后在N型硅基底的背面形成背电极并在透明导电层上形成上电极。本发明专利技术的制备方法简单，硅纳米线线阵列的设置提高了该太阳能电池对太阳光的吸收效率，黑磷烯作为新型二维半导体材料，与N型硅纳米线线阵列以及本征非晶锗层形成PIN异质结，可以有效的进行光电转换，且径向结构的设置，便于电子空穴对的分离与传输，进一步提高了该太阳能电池的光电转换效率。

Preparation method of silicon germanium black phosphorus PIN heterojunction solar cell

The invention provides a silicon germanium black phosphorus PIN heterojunction solar cell preparation method. The method comprises: cleaning N type silicon substrate, preparation of N type silicon nanowire arrays in N type silicon substrate, then nanowire arrays are sequentially formed on the intrinsic amorphous germanium layer, P type phosphinidene black layer and a transparent conducting layer on N type silicon, the back electrode and upper electrode formed on the transparent conductive layer formed in the back of N type silicon substrate. The invention has simple preparation method, silicon nanowires arrays can enhance the absorption efficiency of the solar cell to the sun, black phosphinidene as a new two-dimensional semiconductor material, and the N type silicon nano wire array and intrinsic amorphous germanium layer formed PIN heterojunction, can effectively carry out photoelectric conversion, and radial structure setting, easy separation and transmission of electron hole, further improve the photoelectric conversion efficiency of solar cells.

【技术实现步骤摘要】
一种硅锗黑磷烯PIN异质结太阳能电池的制备方法
本专利技术涉及太阳能电池
，具体涉及一种硅锗黑磷烯PIN异质结太阳能电池的制备方法。
技术介绍
工业革命以来，随着工业化的发展和进步，对能源的需求也急剧增加，其中石化燃料是最主要的能源材料。然而地球上的石化燃料能源总储藏量有限，且为不可再生能源，因而全球面临着严峻的能源形势。同时石化燃料的使用过程中释放出大量的有毒气体和二氧化碳气体，造成严重的环境污染和温室效应，给人类的生存环境造成了前所未有的巨大灾难。人们已经强烈意识到石化能源的使用所带来的负面影响的严重性。因此“改变能源结构，保护地球”的提议已得到全球各个国家的一致认可。只有可再生能源的大规模利用以替代传统石化能源，才能促进人类社会的可持续发展。近年来，太阳能、风能和地热等新型可再生能源引起了人们的重视。与传统的占主导地位的石化能源相比，太阳能最大的优势在于其取之不尽，用之不竭，而且在使用过程中不会破坏生态平衡、污染环境。因此，太阳能是一种环境友好的绿色可再生能源。如果深究石化燃料的根源，它本质上是数亿万年前太阳辐射到地球上的一部分能源被储存在古生物体内，经沧海桑田的变化而演化成今天地球上的石化能源。太阳能电池（又称为光伏电池）可以将光能转换为电能，且转换过程中不需要任何机械运动的辅助或影响环境的燃烧过程，而成为最有潜力的太阳能的利用方式。黑磷烯作为一种新型的二维纳米，它是一种具有金属光泽的晶体，可由白磷或红磷转化而来，黑磷烯具有直接半导体带隙，且表现出与层数相关的特性，单层黑磷的电子迁移率为10000cm2/Vs，还具有非常高的漏电流调制率，使得其在未来的纳米电子器件（例如场效应晶体管、光电元件、气体传感器及太阳能电池等领域的器件）中的应用有很大潜力，引起了人们的广泛关注。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种硅锗黑磷烯PIN异质结太阳能电池的制备方法。该方法简单易行，且制备的太阳能电池具有优异的光电转换效率。为实现上述目的，一种硅锗黑磷烯PIN异质结太阳能电池的制备方法，该方法包括：清洗N型硅基底，在N型硅基底中制备N型硅纳米线阵列，然后在N型硅纳米线阵列上依次形成本征非晶锗层、P型黑磷烯层以及透明导电层，最后在N型硅基底的背面形成背电极并在透明导电层上形成上电极。作为优选，所述的清洗N型硅基底的步骤包括：将N型硅基底依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗5-30分钟；然后置入浓H2SO4：H2O2混合溶液中加温至90-120℃保持30-80分钟，然后用去离子水冲洗干净并用氮气枪吹干，备用。作为优选，所述的在N型硅基底中制备N型硅纳米线阵列的步骤包括：利用干法刻蚀或湿法刻蚀在N型硅基底中制备N型硅纳米线阵列。作为优选，所述湿法刻蚀的步骤包括：将N型硅基底浸没在含有4.8M氢氟酸和0.02M硝酸银的水溶液中，室温下反应20-50分钟，将刻蚀过的N型硅基底取出后，清洗干净，得到N型硅纳米线阵列。作为优选，形成本征非晶锗层的步骤包括：利用PECVD法在N型硅纳米线阵列上沉积厚度为20-100纳米的本征非晶锗层。作为优选，形成P型黑磷烯层的步骤包括：利用液相剥离法形成含有黑磷烯的溶液，在本征非晶锗层上旋涂含有黑磷烯的溶液，得到厚度为20-150纳米的P型黑磷烯层。作为优选，形成透明导电层的步骤包括：通过溅射法或蒸镀法在P型黑磷烯层上形成氧化铟锡或铝掺杂氧化锌作为透明导电层，所述透明导电层的厚度为100-200纳米。作为优选，形成上电极的步骤包括：通过溅射法或蒸镀法在透明导电层上形成栅电极作为上电极。作为优选，形成背电极的步骤包括：通过溅射法或蒸镀法在N型硅基底的背面形成背电极，所述背电极的厚度为50-200纳米本专利技术的有益效果如下：本专利技术的制备方法简单，硅纳米线线阵列的设置提高了该太阳能电池对太阳光的吸收效率，黑磷烯作为新型二维半导体材料，与N型硅纳米线线阵列以及本征非晶锗层形成PIN异质结，可以有效的进行光电转换，且径向结构的设置，便于电子空穴对的分离与传输，进一步提高了该太阳能电池的光电转换效率。附图说明图1-6为本专利技术的硅锗黑磷烯PIN异质结太阳能电池制备方法的流程图。具体实施方式参见图1-6，本专利技术首先提供了一种硅锗黑磷烯PIN异质结太阳能电池的制备方法，具体包括如下步骤：参见图1，提供一N型硅基底2，并对N型硅基底2进行清洗；参见图2，利用干法刻蚀或湿法刻蚀在N型硅基底2中制备N型硅纳米线阵列3。参见图3，利用PECVD法在N型硅纳米线阵列3上沉积厚度为20-100纳米的本征非晶锗层4；参见图4，利用液相剥离法形成含有黑磷烯的溶液，在本征非晶锗层5上旋涂含有黑磷烯的溶液，得到厚度为20-150纳米的P型黑磷烯层5；参见图5，通过溅射法或蒸镀法在P型黑磷烯层5上形成氧化铟锡或铝掺杂氧化锌作为透明导电层6，所述透明导电层的厚度为100-200纳米参见图6，通过溅射法或蒸镀法在透明导电层6上形成栅电极作为上电极7，并通过溅射法或蒸镀法在N型硅基底2的背面形成背电极1，所述背电极的厚度为50-200纳米。实施例1：一种硅锗黑磷烯PIN异质结太阳能电池的制备方法，具体包括如下步骤：首先，将N型硅基底依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗20分钟；然后置入浓H2SO4：H2O2混合溶液中加温至110℃保持1小时，然后用去离子水冲洗干净并用氮气枪吹干，备用。接着，将N型硅基底浸没在含有4.8M氢氟酸和0.02M硝酸银的水溶液中，室温下反应20-50分钟，将刻蚀过的N型硅基底取出后，清洗干净，得到N型硅纳米线阵列，通过控制反应时间，使得N型硅纳米线阵列的单个硅纳米线的长度为0.5-1微米，所述单个硅纳米线的直径为50-100纳米，相邻硅纳米线的间距为200-500纳米。接着，利用PECVD法在N型硅纳米线阵列上沉积厚度为20-100纳米的本征非晶锗层。接着，利用液相剥离法形成含有黑磷烯的溶液，首先将白磷在1000-1200Pa大气压下加热到220-230℃，得到黑磷块体，然后将黑磷块体浸入吡咯烷酮有机溶剂中，通过超声、离心以及分散处理，得到含有黑磷烯的溶液，在本征非晶锗层上通过依次或多次旋涂含有黑磷烯的溶液，得到厚度为70纳米的P型黑磷烯层。接着，通过溅射法或蒸镀法在P型黑磷烯层上形成氧化铟锡或铝掺杂氧化锌作为透明导电层，所述透明导电层的厚度为150纳米。接着，形成上电极的步骤包括：通过溅射法或蒸镀法在透明导电层上形成栅电极作为上电极，并通过溅射法或蒸镀法在N型硅基底的背面形成背电极，所述背电极的厚度为100纳米，得到如图6所示的硅锗黑磷烯PIN异质结太阳能电池。本专利技术的制备方法简单，硅纳米线线阵列的设置提高了该太阳能电池对太阳光的吸收效率，黑磷烯作为新型二维半导体材料，与N型硅纳米线线阵列以及本征非晶锗层形成PIN异质结，可以有效的进行光电转换，且径向结构的设置，便于电子空穴对的分离与传输，进一步提高了该太阳能电池的光电转换效率。最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本专利技术所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅锗黑磷烯PIN异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：该方法包括：清洗N型硅基底，在N型硅基底中制备N型硅纳米线阵列，然后在N型硅纳米线阵列上依次形成本征非晶锗层、P型黑磷烯层以及透明导电层，最后在N型硅基底的背面形成背电极并在透明导电层上形成上电极。

【技术特征摘要】
1.一种硅锗黑磷烯PIN异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：该方法包括：清洗N型硅基底，在N型硅基底中制备N型硅纳米线阵列，然后在N型硅纳米线阵列上依次形成本征非晶锗层、P型黑磷烯层以及透明导电层，最后在N型硅基底的背面形成背电极并在透明导电层上形成上电极。2.根据权利要求1所述的硅锗黑磷烯PIN异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的清洗N型硅基底的步骤包括：将N型硅基底依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗5-30分钟；然后置入浓H2SO4：H2O2混合溶液中加温至90-120℃保持30-80分钟，然后用去离子水冲洗干净并用氮气枪吹干，备用。3.根据权利要求1所述的硅锗黑磷烯PIN异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的在N型硅基底中制备N型硅纳米线阵列的步骤包括：利用干法刻蚀或湿法刻蚀在N型硅基底中制备N型硅纳米线阵列。4.根据权利要求3所述的硅锗黑磷烯PIN异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述湿法刻蚀的步骤包括：将N型硅基底浸没在含有4.8M氢氟酸和0.02M硝酸银的水溶液中，室温下反应20-50分钟，将刻蚀过的N型硅基底取出后，清洗干净，得到N...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辉，刘聪贤，朱眉清，
申请(专利权)人：卡姆丹克太阳能江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32