一种可支持高温退火的聚光型周期性纳米碗结构电极的制备方法技术

本发明专利技术属于微

【技术实现步骤摘要】
一种可支持高温退火的聚光型周期性纳米碗结构电极的制备方法


[0001]本专利技术属于微
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纳光子结构光电极的制备领域，具体涉及一种可支持高温退火的聚光型周期性纳米碗结构电极的制备方法。

技术介绍

[0002]随着人类社会经济的快速发展，人们对能源的需求越来越大。传统化石能源(石油，煤等)属于不可再生能源，同时由于传统能源的过度使用导致环境污染问题日益突出。因此，人们逐渐将视线转移到太阳能、风能、核能等新型清洁能源上。在众多新能源中，太阳能以其分布广，总量大等特点受到人们的广泛关注。目前，已有多种利用太阳能的方法，如：光伏、光热、光化学等。半导体光电极在目前是很流行的方法，但是效率仅仅只有3
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5％，离大规模应用还为时尚早。
[0003]可支持高温退火的聚光型纳米碗电极在平衡光电化学和太阳能电池方面是非常有希望的方法。每个纳米碗都可以看作一个聚光器，可以有效的增强光收集，在把金属纳米碗与半导体相结合，能更进一步提高电极性能。目前，我们已经完成了不同尺寸和不同形状的纳米碗电极的制作，经过测量具有优良的各项性能。
[0004]但是一些纳米碗结构电极有许多不足之处，第一是不可控制纳米碗的形状，第二是将金属膜翻转到其它基底过程中成功率低，如专利CN103626119A一种纳米金属球碗阵列结构的制备方法，主要采用透明胶带和热固化材料剥离，在剥离过程中容易造成膜的破损，并且胶带和热固化材料不能承受高温退火，不能在后面改进中完善电极的制备。第三是在纳米碗阵列与半导体结合方面，Yang Liu等[Yang Liu,Kou Pengfei,He Nan,Dai Hao,He Sailing.Anomalous light trapping enhancement in a two
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dimensional gold nanobowl array with an amorphous silicon coating.[J].Optics express,2017,25(13)]使用PMMA进行翻转金属膜，使用非晶体结构a
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Si半导体与纳米碗相结合，虽然不需要退火处理就具有不错的效应，但是不适合选择其它更高效的晶体结构半导体材料，因为大多数半导体都是晶体结构，进行高温退火后晶体结构的改变能极大提高半导体性能，最后提高电极性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是提供一种可支持高温退火的聚光型周期性纳米碗结构电极的制备方法，与现有的纳米碗结构电极制备相比，本专利技术可用溶解性溶液旋涂来改变PS球的形状，进而改变纳米碗的形状。利用硅氧烷键键合基底的方法将金属膜完整的转移到其它基底上成功率变得更高更可靠。与半导体结合有更高的转换效率、可承受高温退火和溶解性溶液处理、制备流程简单、可大面积制备且成本低等优点。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种可支持高温退火的聚光型周期性纳米碗结构电极的制备方法，包括如下步
骤：
[0008]1)将基片的清洗和亲水性处理；
[0009]2)将配制好的PS球悬浮液自组装到步骤1)处理好的基片上，制备PS球阵列；
[0010]3)使用可溶解PS球的溶液在步骤2)制备的样品表面旋涂；
[0011]4)在步骤3)制备的样品表面依次镀上金属层、粘合层、键合层；
[0012]5)将步骤4)制备的样品放入热的强碱溶液中，使金属膜与基片分离；
[0013]6)将步骤5)分离的金属膜转移到基底上，并用碱性键合溶液键合；
[0014]7)用等离子清洗、溶解性溶液或高温环境清除步骤6)制备的样品表面的PS球；
[0015]8)在步骤7)制备的样品表面沉积一层半导体涂层；
[0016]9)将步骤8)制备的样品进行退火处理。
[0017]优选地，步骤1)中所述的基片为硅片、玻璃片或石英片，清洗过程用无水乙醇、去离子水超声清洗5
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20min，亲水性处理使用等离子清洗机或具有强氧化性的化学试剂。
[0018]优选地，步骤2)中所述PS球的直径为200
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5000nm，PS球阵列制作方法为表面张力自组装、空气
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液面自组装或者旋涂法。
[0019]优选地，步骤3)中所述可溶解性溶液为苯乙烯、甲苯或丙酮中的一种或多种，浓度为1
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50％。
[0020]优选地，步骤4)中所述镀膜方法为真空电子束蒸镀、磁控溅射和化学气相沉积中的一种或几种，所述金属层包括但不限于金、银、铜中的一种，粘合层包括但不限于钛、镍、铬中的一种，键合层为硅或含硅氧键的物质，镀膜总厚度大于200nm。
[0021]优选地，步骤5)中所述强碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，溶液浓度为0.5
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1mol/L，溶液温度为70
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90℃。
[0022]优选地，步骤6)中所述玻璃基底为硅片、玻璃片或石英片，碱性溶液为氢氧化钾或者为氢氧化钾与硅酸钾和5
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50nm二氧化硅颗粒的混合物。
[0023]优选地，步骤7)中所述等离子清洗所选气体为空气或氧气，所述溶解性溶液包括甲苯、丙酮、环己烷，所述高温环境温度为400
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600℃。
[0024]优选地，步骤8)中所述半导体材料包括但不限于TiO2、WO3、SnWO4、CuBi2O4、CZTS、钙钛矿，沉积方法为真空电子束蒸镀、磁控溅射、离子束溅射和化学气相沉积中的一种或几种。
[0025]优选地，步骤9)中所述退火处理可以在真空、空气或氩气环境中进行，退火温度小于1200℃。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0027](1)与现有的纳米阵列电极相比，本专利技术中的纳米碗阵列的每个碗都可以作为微型聚光器，极大提高了电极性能。
[0028](2)与现有的纳米阵列碗阵列相比，本专利技术可用不同大小的PS球来改变纳米碗的大小，可根据需求选择性采用不同浓度的溶解性溶液在PS球阵列表面进行旋涂来改变PS球的形状，进而改变纳米碗的形状。
[0029](3)与现有的纳米碗阵列电极的制备过程中转移金属膜到其他基底的方法相比，本专利技术利用硅氧烷键键合的方法将金属膜完整的转移到其它基底上成功率变得更高更牢固，并且可承受高温退火和一些溶解性溶液处理。
[0030](4)与现有的纳米碗阵列电极性能相比，本专利技术利用聚光型周期性纳米碗与半导体相结合模式，而大多数半导体都是晶体结构性能较差，本专利技术可根据需求进行高温退火，来提高半导体性能，最后提高电极性能。
附图说明
[0031]图1是本专利技术工艺流程图。
[0032]图2是各流程中结构示意图，a)是自组装后的PS球阵列，b)是镀膜后的纳米碗阵列，c)是剥离金属膜过程，d)是翻转到基底的纳米碗阵列，e)是清除PS球后的纳米碗阵列，f)是沉积半导体薄膜型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可支持高温退火的聚光型周期性纳米碗结构电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)基片的清洗和亲水性处理；2)将配制好的PS球悬浮液自组装到步骤1)处理好的基片上，制备PS球阵列；3)使用可溶解PS球的溶液在步骤2)制备的样品表面旋涂；4)在步骤3)制备的样品表面依次镀上金属层、粘合层、键合层；5)将步骤4)制备的样品放入热的强碱溶液中，使金属膜与基片分离；6)将步骤5)分离的金属膜转移到基底上，并用碱性键合溶液键合；7)用等离子清洗、溶解性溶液或高温环境清除步骤6)制备的样品表面的PS球；8)在步骤7)制备的样品表面沉积一层半导体涂层；9)将步骤8)制备的样品进行退火处理。2.根据权利要求1所述的一种可支持高温退火的聚光型周期性纳米碗结构电极的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述基片为硅片、玻璃片或石英片，清洗过程用无水乙醇、去离子水超声清洗5
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20min，亲水性处理使用等离子清洗机或具有强氧化性的化学试剂。3.根据权利要求1所述的一种可支持高温退火的聚光型周期性纳米碗结构电极的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述PS球的直径为200
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5000nm，PS球阵列制作方法为表面张力自组装、空气
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液面自组装或旋涂法。4.根据权利要求1所述的一种可支持高温退火的聚光型周期性纳米碗结构电极的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述可溶解性溶液为苯乙烯、甲苯或丙酮中的一种或多种，浓度为1
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50％。5.根据权利要求1所述的一种可支持高温退火的聚光型周期性纳米碗结构电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃泽尔，
申请(专利权)人：肇庆市华师大光电产业研究院，
类型：发明
国别省市：