一种太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能电池及其制备方法，具体为一种含无机窄带隙半导体纳米材料和透明导电高分子体相异质结的太阳能电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在传统的有机/无机纳米线杂化体相异质结太阳能电池中，高分子一般充当主要的光活性材料，无机纳米线通常用于提高器件的导电性能。因此，一系列无机纳米线诸如氧化锌、氧化镉、硫化镉、二氧化钛等被应用于该类太阳能电池，并取得大约I?3%的能量转换效率，这远远低于理论值。
[0003]导致该类太阳能电池效率较低的因素主要有两个:一是光生激子在高分子内部的复合，这是由微观形貌的不可控和激子在高分子半导体中较短的迁移距离造成的；另一个主要因素是载流子在无机纳米线/高分子界面的复合。为了减少界面上载流子的复合，现有技术中主要采用两种策略:一是在无机纳米线上修饰一些染料，二是通过在无机纳米线表面沉积T12等。然而，激子在高分子内部复合的问题始终未被解决。
[0004]另外，传统报道的基于刻蚀硅纳米线阵列的光伏器件虽然己经被广泛报道并取得良好进展，但是目前尚无希望在工业中应用，究其原因除了光电转换效率比较低之外，同面积的该类光伏器件所消耗的硅亦与传统的单晶硅片器件相当，不能真正体现硅纳米线光伏器件结构的廉价优势。
【发明内容】
[0005]为解决上述问题，本发明提供了一种太阳能电池及其制备方法。
[0006]一种太阳能电池，包括第一电极、第二电极以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间的光电转换活性层，其中，所述光电转换活性层为包含无机窄带隙半导体纳米材料和透明导电高分子的体相异质结。
[0007]根据本发明的一实施方式，所述无机窄带隙半导体纳米材料与所述透明导电高分子的质量比为3:1到6:1。
[0008]根据本发明的另一实施方式，所述透明导电高分子为PEDOT: PSS或G-PEDOT: PSS。
[0009]根据本发明的另一实施方式，所述无机窄带隙半导体为硅。
[0010]根据本发明的另一实施方式，所述纳米材料为纳米线、纳米球或纳米管。
[0011]根据本发明的另一实施方式，所述第一电极为透明或半透明电极。
[0012]根据本发明的另一实施方式，所述第一电极为ITO玻璃。
[0013]根据本发明的另一实施方式，在所述ITO玻璃上设置有PED0T:PSS缓冲层。
[0014]根据本发明的另一实施方式，在所述无机窄带隙半导体纳米材料表面修饰有金属纳米颗粒。
[0015]根据本发明的另一实施方式，所述金属选自钼、金或银。
[0016]本发明进一步提供了一种制备太阳能电池的方法，包括如下步骤:制备所述第一电极的步骤；在所述第一电极上形成所述光电转换活性层的步骤，以及在所述光电转换活性层上形成所述第二电极的步骤；其中，所述光电转换活性层为包含无机窄带隙半导体纳米材料和透明导电高分子的体相异质结。
[0017]根据本发明的一实施方式，还包括对所述窄带隙半导体纳米材料进行金属纳米颗粒修饰的步骤。
[0018]根据本发明的另一实施方式，还包括在所述第一电极和所述光电转换活性层之间设置缓冲层的步骤。
[0019]根据本发明的另一实施方式，制备所述光电转换活性层的步骤包括:制备所述无机窄带隙半导体纳米材料；将所述透明导电高分子配制成溶液；将所述无机窄带隙半导体纳米材料与所述透明导电高分子的溶液混合，将得到的混合物移至所述第一电极的表面；将所述第一电极在氩气的保护下进行干燥处理。
[0020]根据本发明的另一实施方式，所述无机窄带隙半导体纳米材料为硅纳米线，所述硅纳米线的制备步骤包括:将硅片分别在丙酮、乙醇及水中超声；将所述硅片使用铬酸洗液浸泡后使用水清洗；将所述娃片在AgNO3的HF水溶液中进彳丁刻蚀；将刻蚀完成后的娃片在王水中浸泡；将所述硅片用水清洗，晾干。
[0021]本发明提供了一种包含无机窄带隙半导体纳米材料和透明导电高分子的体相异质结的太阳能电池，其中，载流子只产生在无机窄带隙半导体纳米材料中，在透明导电高分子内部不产生载流子，透明导电高分子仅用于载流子的传输。
[0022]透明导电高分子的存在不仅能够与无机窄带隙半导体纳米材料形成促进载流子分离的异质结和充当空位传输材料，亦能够钝化无机窄带隙半导体纳米材料的表面，减少载流子在纳米材料表面的复合损失，同时，透明导电高分子优异的透明特性可以保证其在与纳米材料的复合结构中充当光谱的窗口材料，大大提高器件的光电转换效率，也解决了传统硅纳米线太阳能电池对硅材料的过度消耗问题。
【附图说明】
[0023]图1为本发明实施例1的硅纳米线阵列结构的扫描电子显微镜(SEM)图；
[0024]图2 为本发明的 G-PEDOT、SiNWs, SiNWs-G-PEDOT:PSS 薄膜、硅片及SiNWs-PEDOT: PSS薄膜在300-1 10nm波长范围内对光的透射率变化图(a)、反射率变化图(b)；
[0025]图3为本发明实施例1所制备的光伏器件的结构及原理示意图；
[0026]图4为本发明实施例1所制备的光伏器件的V。。、Isc及FF与光伏器件中硅纳米线含量的关系图；
[0027]图5为本发明实施例1、2所制备的光伏器件在光照下的电流-电压曲线图；
[0028]图6为本发明实施例3基于Pt纳米颗粒修饰的硅纳米线的SEM图；
[0029]图7为本发明实施例2、3的光伏器件在光照下的电流-电压曲线；
[0030]图8为本发明实施例4通过VLS法制备的硅纳米线的SEM图；
[0031]图9为本发明实施例4制备的光伏器件的电流-电压曲线，其中灰色曲线表示光电流，黑色曲线表示暗电流。
【具体实施方式】
[0032]下面，结合【具体实施方式】对本发明一种太阳能电池及其制备方法做详细说明。
[0033]基于电子给体/受体体系而制备的有机太阳能电池主要有两种，一种是电子给体与电子受体分别以层状薄膜的形式先后叠加，组成光电转换活性层，即双层或多层状异质结型有机太阳能电池；另一种则是给、受体材料共混形成光电转换活性层，即体相异质结型有机太阳能电池(Bulk heterojunct1norganic solar cells)。
[0034]上述两种有机太阳能电池，前者活性层中虽然含有促进激子分离的异质结界面，但是，器件效率往往很低，原因有三:一是膜与膜之间接触面积有限，限制了激子分离；二是激子只能在近界面区域分离，远界面区域产生的激子往往还没迁移到界面上就复合了 ；三是有机半导体材料的载流子迁移率通常很低，在界面上分离出来的载流子在向电极运动的过程中会存在大量的损失。
[0035]相比较于前者，体相异质结型有机太阳能电池的活性层则是由给、受材料共混形成，两种材料相互交错，形成一个双连续、互相贯穿的网络结构，由此极大地增加了给、受体的接触面积，形成了无数微小的p-n结，同时，减小了激子扩散距离，使更多激子可以到达界面进行分离，能量转换效率也由此得到较大提高。
[0036]本发明的太阳能电池，包括第一电极、第二电极以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间的光电转换活性层，其中，所述光电转换活性层为包含无机窄带隙半导体纳米材料和透明导电高分子的体相异质结。
[0037]本发明通过以透明导电高分子代替传统的光活性分子，以无机窄带隙半导体纳米材料和透明导电高分子形成体相异质结，使光生载流子仅产生在无机窄带隙半导体纳米材料中，在透明导电高分子内部不产生载流子，透明导电高分子仅用于载流子的传输，从而解决了激子在高分子内部复合的问题。
[0038]本发明中可以选择不同的无机窄带隙半导体纳米材料和透明导电高分子相配合，还可通过改变两种材料的混合比例，不同程度地影响太阳能电池的能量转换效率。
[0039]本发明所述的无机窄带隙半导体指带