【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新能源器件领域，具体是涉及一种基于微纳加工技术的sb2s3纳米柱阵列制备工艺及其制备的太阳能电池器件。
技术介绍
1、太阳能电池是作为一种清洁能源(太阳能)的能量转换装置，其产品开发受到了社会各界的广泛关注，特别是近些年出现的基于新型光吸收材料的薄膜太阳能电池，成为了研究热点。实验分析表明，sb2s3化合物具有合适的光学带隙(1.7-1.8ev)以及优异的热稳定性和化学稳定性。近年来，各大实验室加快了对这种光吸收材料的研究，相应的电池器件的光电转换效率也达到了8％。
2、对于太阳能电池而言，太阳光的吸收以及光生载流子的传输是影响器件光电转换效率的重要因素，由于sb2s3是间接带隙半导体材料，需要较厚的薄膜才能充分吸收入射的太阳光，这会同时造成更高的缺陷浓度，因此通过合理的薄膜结构设计提升材料的光吸收能力至关重要。此外，减少光生电荷在异质结截面的积累是降低电池界面损耗的内在要求。2022年zhou等人(zhou b,hayashi t,hachiya k,et al.preparation of sb2s3nanorodarrays by hydrothermal method as light absorbing layer for sb2s3-based solarcells[j].thin solid films,2022,757:139389.)，介绍了一种水热法制备sb2s3纳米柱阵列，制备了一系列具有不同长度、直径、密度和迁移率的纳米柱阵列，并验证了sb2s3纳米柱阵列中空穴迁移率的增强。20
3、但是，以上采用衬底诱导的方式具有一定的工艺局限性，具体体现为纳米柱的空间取向与阵列密度难以得到精准调控，从而削弱了纳米柱薄膜的光吸收增强效果。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提出一种基于微纳加工技术的sb2s3纳米柱阵列制备工艺及其制备的太阳能电池器件。本专利技术尝试利用激光直写技术快速、精准、灵活地制备大面积的纳米孔阵列模板，并利用水热合成工艺在受限空间内生长均匀分布且直立的sb2s3纳米柱，从而极大地增加了光吸收层和空穴传输层之间的接触面积，促进电荷的提取和载流子的传输。更重要地，具有该立式结构的sb2s3吸收层能通过光子的折射和反射提升其对光子吸收率，从而显著增加了电池的光电流密度。因此有效地提升了sb2s3太阳能电池的光电转换效率。
2、为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
3、一种基于微纳加工技术的sb2s3纳米柱阵列制备工艺，首先在导电玻璃上依次沉积缓冲层、电子传输层，然后通过水热法沉积sb2s3籽晶层，再利用激光直写技术制备模板，最后利用水热法沉积出高度规则排列的sb2s3纳米柱阵列。
4、作为本专利技术的优选技术方案，具体步骤如下：
5、1)sb2s3籽晶层的制备：
6、在沉积有电子传输层的样品表面，利用水热法预沉积薄的sb2s3籽晶层；
7、2)激光直写制备模板：
8、首先在籽晶层表面旋涂光刻胶，然后利用激光直写技术以一定的图形参数、曝光剂量和显影参数进行曝光并显影得到目标模板，即在很短时间内创建大面积、规则排列的圆孔阵列；
9、3)水热制备sb2s3纳米柱：
10、以规则排列的圆孔阵列模板为衬底，采用步骤1)相同的参数和实验条件生长sb2s3纳米柱阵列。
11、作为专利技术进一步优选技术方案，步骤1)中水热合成采用k2sb2(c4h2o6)2·3h2o等锑的金属盐和na2s2o3·5h2o等含硫化合物分别作为锑源和硫源，超声溶解后将两者混合均匀，倒入预先放置有样品的反应釜中，在100-150℃条件下水热反应1-15h，反应结束后对前驱膜进行清洗、烘干，随后置于300-450℃温度的惰性气氛中退火10-30min得到预沉积薄sb2s3籽晶层的光吸收层薄膜。步骤2)中采用led光源，圆柱阵列的直径为0.5-20μm，间距为0.5-10μm。步骤3)中水热生长的sb2s3纳米柱阵列在退火处理之前需要去除表面的光刻胶。
12、另外，本专利技术还进一步提出了一种基于此纳米柱阵列制备的太阳能电池器件，具体由透明导电玻璃基板及其表面顺序沉积的缓冲层、电子传输层、光吸收层、空穴传输层和金属顶电极组成，其中，所述光吸收层由高度规则排列和取向的sb2s3纳米柱阵列组成。
13、该太阳能电池器件的制备工艺，具体步骤如下：
14、1)导电玻璃清洗：
15、依次使用导电玻璃清洗液、去离子水和乙醇溶液对导电玻璃基板进行超声清洗，烘干后再利用氧等离子体清洗设备或臭氧处理设备进行进一步清洁处理，所述导电玻璃为fto、ito、azo等透明导电金属氧化物玻璃；
16、2)缓冲层制备：
17、在清洗后的导电玻璃表面，旋涂纳米颗粒分散液并在加热板上热处理得到均匀致密的缓冲层薄膜，所述纳米颗粒为sno2、tio2、zno等具有n型导电性质的氧化物半导体；
18、3)电子传输层制备：
19、利用化学浴沉积法，在缓冲层上沉积电子传输层，电子传输层材料为cds、zns、mns等具有n型导电性质的硫化物半导体；
20、4)光吸收层制备：
21、首先通过水热法沉积sb2s3籽晶层，然后采用激光直写技术获得圆孔模板，最终利用水热法沉积出规则有序的sb2s3纳米柱作为太阳能电池器件的光吸收层；
22、5)空穴传输层制备：
23、旋涂spiro-ometad溶液，完成空穴传输层薄膜的制备；
24、6)金属顶电极制备：
25、采用热蒸发法蒸镀金电极，实现电池器件的完整制备。
26、与现有技术相比，本专利技术的有益效果表现在：
27、(1)不同于基于衬底诱导的传统化学制备工艺，本专利技术中sb2s3纳米柱阵列是基于激光直写技术制备的模板生长而来的，可以实现精确调控阵列的尺寸和图案，并因此获得高品质规则排列的纳米柱阵列。
28、(2)本专利技术中预先沉积择优取向的sb2s3籽晶层薄膜，在后续纳米柱阵列生长过程中同时获得了籽晶层的衬底约束效应与圆孔模板的空间约束效应，从而制备处有益的[hk1]择优取向的纳米柱阵列，有效地增强了载流子的传输能力。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于微纳加工技术的Sb2S3纳米柱阵列制备工艺，首先在导电玻璃上依次沉积缓冲层、电子传输层，其特征在于，然后通过水热法沉积Sb2S3籽晶层，再利用激光直写技术制备模板，最后利用水热法沉积出高度规则排列的Sb2S3纳米柱阵列。
2.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，沉积纳米柱阵列的模板是基于激光直写技术制备而成；具体步骤如下：
3.如权利要求2所述的制备工艺，其特征在于，步骤1)中水热合成将锑源溶液、硫源溶液分别超声溶解后将两者混合均匀，倒入预先放置有样品的反应釜中，在100-150℃条件下水热反应1-15h，反应结束后对前驱膜进行清洗、烘干，随后置于300-450℃温度的惰性气氛中退火10-30min得到预沉积薄Sb2S3籽晶层的光吸收层薄膜。
4.如权利要求2所述的制备工艺，其特征在于，步骤2)中采用LED光源，圆柱阵列的直径为0.5-20μm，间距为0.5-10μm。
5.如权利要求2所述的制备工艺，其特征在于，步骤3)中水热生长的Sb2S3纳米柱阵列在退火处理之前需要去除表面的光刻胶。
6.一种光吸收
7.如权利要求6所述太阳能电池器件的制备工艺，其特征在于，具体步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于微纳加工技术的sb2s3纳米柱阵列制备工艺，首先在导电玻璃上依次沉积缓冲层、电子传输层，其特征在于，然后通过水热法沉积sb2s3籽晶层，再利用激光直写技术制备模板，最后利用水热法沉积出高度规则排列的sb2s3纳米柱阵列。
2.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，沉积纳米柱阵列的模板是基于激光直写技术制备而成；具体步骤如下：
3.如权利要求2所述的制备工艺，其特征在于，步骤1)中水热合成将锑源溶液、硫源溶液分别超声溶解后将两者混合均匀，倒入预先放置有样品的反应釜中，在100-150℃条件下水热反应1-15h，反应结束后对前驱膜进行清洗、烘干，随后置于300-450℃温度的惰性气氛中退火1...
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