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的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能电池的技术领域，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。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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.,HybridHeterojunctionSolarCellBasedonOrganic-InorganicSilicon NanowireArrayArchitecture.JournaloftheAmericanChemicalSociety, 2011. 133( 48) :p. 19408-19415]，这可以大大减少硅的使用量，从而降低成本。
[0004] 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宄热 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，降低了娃纳米线的少子寿命，从而影响电池效率[Zhang，J. ;Zhang，Y.; Zhang,F. ；Sun,B.Electricalcharacterizationofinorganic-organichybrid photovoltaicdevicesbasedonsilicon-poly(3, 4-ethylenedioxythiophene):poly (styrenesulfonate) ?Appl.Phys.Lett. 2013, 102, 013501.]。同时传统方法制备的娃纳 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. ；ffang,H. ；Lai,D.SimpleApproachofFabricatingHighEfficiency SiNanowire/ConductivePolymerHybridSolarCells.IEEEElectronDevice Lett. 2011, 32, 1406-1408.]。
【发明内容】
[0005] 本发明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。
[0006] -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：
[0007] 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°C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；
[0008] 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；
[0009] 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。
[0010] 作为优选，步骤a)中，所述硅纳米线的具体制备过程为：
[0011] 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。
[0012] 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°C，时间为550?650min。进一步优选为900°C下热氧化600min。
[0013] 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%。
[0014] 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。
[0015] 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°C，时间为50?150s。进一步优选，所述四甲基氢氧化按水溶液 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。
[0016] 作为优选，步骤b)中，所述导电有机物为聚-3己基噻吩；
[0017] 或者为掺杂有二甲基亚砜和聚乙二醇辛基苯基醚的PED0T: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Iwt%。
[0018] 所述掺杂有二甲基亚砜和聚乙二醇辛基苯基醚的PED0T: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。
[0019] 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。
[0020] 作为优选，步骤b)中，所述导电有机物的旋涂速度为1000?5000r/min。
[0021] 作为优选，步骤b)中，所述热处理温度为100?150°C，热处理时间为5?20min。
[0022] 根据上述的理由，再优选：
[0023] 步骤a)中，所述的热氧化条件为：900°C下热氧化600min;
[0024] 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。
[0025] 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。
[0026] 本发明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。
[0027] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0028] 采用本发明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。
[0029] 采用本发明的方法制备得到的导电有机物/硅纳米线太阳能电池，最高电池效率 可达13. 1%，比传统方法制备得到的导电有机物/硅纳米线太阳能电池效率高。
【附图说明】：
[0030] 图1为实施例2中制备的硅纳米线的扫描电镜图