一种PEDOT:PSS‑MoO3/硅纳米线阵列有机无机杂化太阳能电池的制备方法与流程

本发明属于光伏材料
技术领域：
，具体涉及一种PEDOT:PSS-MoO3/硅纳米线阵列有机无机杂化太阳能电池的制备方法。
背景技术：
：随着时代的发展和进步，能源消耗日益严重，然而太阳能电池可以有效缓解环境危机和能源危机。据统计，硅太阳能电池在太阳能电池种类中占有90%的份额。传统的硅太阳能电池制备过程要求高温，对材料纯度要求较高，不易推广应用。后来，硅纳米线的提出有效解决了上述问题，硅纳米线的控制合成在过去十几年取得了很大进展，PEDOT:PSS/硅纳米结构杂化电池通过各种表面/界面处理和降低背面复合等手段，光电转换效率得到了长足的发展，采用低温工艺的最高光电转换效率已达到14.1%。PEDOT:PSS/硅纳米线杂化太阳能电池是一种低成本的有机无机杂化太阳能电池，然而由于PEDOT:PSS有机聚合物自身的导电性较差，并且呈酸性，易腐蚀金属电极降低了电池的稳定性。MoO3是一种物理化学性能较稳定、功函数可调的空穴传输材料，因此，本发明尝试制备了用水溶性MoO3作为PEDOT:PSS掺杂物，即PEDOT:PSS-MoO3作为空穴传输层的硅有机无机杂化太阳能电池，以有效解决上述技术问题，目前还没有该方面的相关报道。技术实现要素：本发明解决的技术问题是提供了一种成本低廉且工艺简单的PEDOT:PSS-MoO3/硅纳米线阵列有机无机杂化太阳能电池的制备方法。本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种PEDOT:PSS-MoO3/硅纳米线阵列有机无机杂化太阳能电池的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）将硅基片依次用丙酮和酒精超声震荡后用双氧水与硫酸的混合清洗液加热煮沸10min，混合清洗液中双氧水与硫酸的体积比为1:3；（2）将步骤（1）清洗过的硅基片置于填充有HF-AgNO3腐蚀液的高压反应釜中，该HF-AgNO3腐蚀液中HF与AgNO3的摩尔浓度分别为0.02mol/L，高压反应釜密封后放入烘箱中于50℃处理10min；（3）从高压反应釜中取出硅基片，用去离子水将硅基片表面覆盖的银灰色金属包覆物清洗干净，然后将硅基片置于王水中加热煮沸去除硅基片表面的金属包覆物及银颗粒；（4）将硅基片用去离子水清洗干净后放入质量浓度为10%的HF溶液中浸泡10s去除硅基片表面的自然氧化物，再用去离子水清洗干净，然后用氮气吹干后得到带有硅纳米线阵列的硅基片备用；（5）将0.2g纯度为99.99%的钼粉、20mL乙醇和0.7mL质量浓度为30%的双氧水置于反应釜中混合均匀，再将反应釜密封后于60℃反应20h，然后将反应液置于干燥箱中干燥，蒸发溶剂得到MoO3粉末备用；（6）在1gPEDOT:PSS中掺入0.01g步骤（5）得到的MoO3粉末并搅拌混合均匀得到PEDOT:PSS-MoO3溶液，将PEDOT:PSS-MoO3溶液旋涂于步骤（4）得到的带有硅纳米线阵列的硅基片上形成透明薄膜，旋涂速率为5000rpm，旋涂时间40s，然后于140℃退火20min得到均匀固化的空穴传输层；（7）将步骤（6）处理后的硅基片分别镀上厚度为10nm的透明导电铜电极作为正极和厚度为100nm的铝电极作为负极即制得PEDOT:PSS-MoO3/硅纳米线阵列有机无机杂化太阳能电池。本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明中水溶性MoO3作为PEDOT:PSS的掺杂物，即采用PEDOT:PSS-MoO3作为空穴传输层的硅有机无机杂化电池，在提高硅杂化太阳能电池能量转换效率的同时，降低了PEDOT:PSS的酸性，提高了器件的稳定性，另外，掺上三氧化钼后也降低了PEDOT:PSS的电阻率，提高了导电性，从需提高了填充因子。本发明对制备环境要求低，无需高温真空设备，有效提高了硅太阳能电池的光电转换效率。附图说明图1是本发明实施例1制得的PEDOT:PSS-MoO3/硅纳米线阵列有机无机杂化太阳能电池的结构示意图；图2是本发明实施例1和对比例1制得的太阳能电池存放于真空手套箱中不同时间，效率做归一化处理后的衰减曲线，实施例1采用PEDOT:PSS-MoO3作为空穴传输层的硅有机无机杂化太阳能电池随着时间的延长，稳定性明显高于对比例1制得的硅太阳能电池。具体实施方式以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。实施例1（1）将硅基片依次用丙酮和酒精超声震荡后用双氧水与硫酸的混合清洗液加热煮沸10min，混合清洗液中双氧水与硫酸的体积比为1:3；（2）将步骤（1）清洗过的硅基片置于填充有HF-AgNO3腐蚀液的高压反应釜中，该HF-AgNO3腐蚀液中HF与AgNO3的摩尔浓度分别为0.02mol/L，高压反应釜密封后放入烘箱中于50℃处理10min；（3）从高压反应釜中取出硅基片，用去离子水将硅基片表面覆盖的银灰色金属包覆物清洗干净，然后将硅基片置于王水中加热煮沸去除硅基片表面的金属包覆物及银颗粒；（4）将硅基片用去离子水清洗干净后放入质量浓度为10%的HF溶液中浸泡10s去除硅基片表面的自然氧化物，再用去离子水清洗干净，然后用氮气吹干后得到带有硅纳米线阵列的硅基片备用；（5）将0.2g纯度为99.99%的钼粉、20mL乙醇和0.7mL质量浓度为30%的双氧水置于反应釜中混合均匀，再将反应釜密封后于60℃反应20h，然后将反应液置于干燥箱中干燥，蒸发溶剂得到MoO3粉末备用；（6）在1gPEDOT:PSS中掺入0.01g步骤（5）得到的MoO3粉末并搅拌混合均匀得到PEDOT:PSS-MoO3溶液，将PEDOT:PSS-MoO3溶液旋涂于步骤（4）得到的带有硅纳米线阵列的硅基片上形成透明薄膜，旋涂速率为5000rpm，旋涂时间40s，然后于140℃退火20min得到均匀固化的空穴传输层；（7）将步骤（6）处理后的硅基片分别镀上厚度为10nm的透明导电铜电极作为正极和厚度为100nm的铝电极作为负极即制得PEDOT:PSS-MoO3/硅纳米线阵列有机无机杂化太阳能电池。对比例1（1）将硅基片依次用丙酮和酒精超声震荡后用双氧水与硫酸的混合清洗液加热煮沸10min，混合清洗液中双氧水与硫酸的体积比为1:3；（2）将步骤（1）清洗过的硅基片置于填充有HF-AgNO3腐蚀液的高压反应釜中，该HF-AgNO3腐蚀液中HF与AgNO3的摩尔浓度分别为0.02mol/L，高压反应釜密封后放入烘箱中于50℃处理10min；（3）从高压反应釜中取出硅基片，用去离子水将硅基片表面覆盖的银灰色金属包覆物清洗干净，然后将硅基片置于王水中加热煮沸去除硅基片表面的金属包覆物及银颗粒；（4）将硅基片用去离子水清洗干净后放入质量浓度为10%的HF溶液中浸泡10s去除硅基片表面的自然氧化物，再用去离子水清洗干净，然后用氮气吹干后得到带有硅纳米线阵列的硅基片备用；（5）将PEDOT:PSS旋涂于步骤（4）得到的带有硅纳米线阵列的硅基片上形成透明薄膜，旋涂速率为5000rpm，旋涂时间40s，然后于140℃退火20min得到均匀固化的空穴传输层；（6）将步骤（5）处理后的硅基片分别镀上厚度为10nm的透明导电铜电极作为正极和厚度为100nm的铝电极作为负极即制得太阳能电池。对比例2（1）将硅基片依次用丙酮和酒精超声震荡后用双氧水与硫酸的混合清洗液加热煮沸10min，混合清洗液中双氧水与硫酸的体积比为1:3；（2）将步骤（1）清洗过的硅基片置于填充有HF-AgNO3腐蚀液的高压反应釜中，该HF-AgNO3腐蚀液中HF与AgNO3的摩尔浓度分别为0.02mol/L，高压反应釜密封后放入烘箱中于50℃处理10min；（3）从高压反应釜中取出硅基片，用去离子水将硅基片表面覆盖的银灰色金属包覆物清洗干净，然后将硅基片置于王水中加热煮沸去除硅基片表面的金属包覆物及银颗粒；（4）将硅基片用去离子水清洗干净后放入质量浓度为10%的HF溶液中浸泡10s去除硅基片表面的自然氧化物，再用去离子水清洗干净，然后用氮气吹干后得到带有硅纳米线阵列的硅基片备用；（5）将带有硅纳米线阵列的硅基片放入真空镀膜室，将三氧化钼粉作为蒸发源，在带有硅纳米线阵列的硅基片真空蒸镀一层厚度为50nm的三氧化钼薄膜；（6）将步骤（5）处理后的硅基片分别镀上厚度为10nm的透明导电铜电极作为正极和厚度为100nm的铝电极作为负极即制得太阳能电池。对比例3（1）将硅基片依次用丙酮和酒精超声震荡后用双氧水与硫酸的混合清洗液加热煮沸10min，混合清洗液中双氧水与硫酸的体积比为1:3；（2）将步骤（1）清洗过的硅基片置于填充有HF-AgNO3腐蚀液的高压反应釜中，该HF-AgNO3腐蚀液中HF与AgNO3的摩尔浓度分别为0.02mol/L，高压反应釜密封后放入烘箱中于50℃处理10min；（3）从高压反应釜中取出硅基片，用去离子水将硅基片表面覆盖的银灰色金属包覆物清洗干净，然后将硅基片置于王水中加热煮沸去除硅基片表面的金属包覆物及银颗粒；（4）将硅基片用去离子水清洗干净后放入质量浓度为10%的HF溶液中浸泡10s去除硅基片表面的自然氧化物，再用去离子水清洗干净，然后用氮气吹干后得到带有硅纳米线阵列的硅基片备用；（5）将0.2g纯度为99.99%的钼粉、20mL乙醇和0.7mL质量浓度为30%的双氧水置于反应釜中混合均匀，再将反应釜密封后于60℃反应20h，然后将反应液置于干燥箱中干燥，蒸发溶剂得到MoO3粉末备用；（6）将步骤（5）得到的MoO3粉末溶于去离子水或异丙醇中形成MoO3溶液，将MoO3溶液旋涂于带有硅纳米线阵列的硅基片上形成透明薄膜，旋涂速率为5000rpm，旋涂时间40s，然后于140℃退火20min即可得到均匀固化的空穴传输层；（7）将步骤（6）处理后的硅基片分别镀上厚度为10nm的透明导电铜电极作为正极和厚度为100nm的铝电极作为负极即制得太阳能电池。表1实施例1和对比例1-3制得的太阳能电池的性能参数短路电流（V）开路电压(mA/cm2)填充因子串联电阻（Ω）能量转换效率（%）空气中存放一周后能量转换效率（%）实施例10.5135.560.6250.9811.2410.14对比例10.5432.300.5983.6310.295.02对比例20.5533.100.5949.6510.748.11对比例30.5332.640.5848.9510.039.11由表1可知，本发明实施例1采用PEDOT:PSS-MoO3作为空穴传输层的硅有机无机杂化太阳能电池取得的能量转换效率明显高于对比例1-3制得的太阳能电池，从参数分析角度看主要是降低了串联电阻提高了填充因子，从而有效提高了太阳能电池的能量转换效率。以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。当前第1页1 2 3