本发明涉及光伏能源领域，具体涉及一种磷化铟纳米锥膜及其制备方法和应用。
背景技术：
：环境污染和能源短缺已成为制约社会的可持续发展的关键因素，太阳能作为可再生能源技术代表了清洁能源的发展方向，太阳能发电的成本与化石燃料成本的竞争，影响着太阳能电池的普及，减少太阳能电池的成本迫在眉睫。减少太阳能电池成本最主要的方法就是减少材料的使用和在制造过程中能源的消耗。目前，纳米线极大的减少太阳能电池材料的使用，降低生产成本的同时在可见光波段有很好的光学吸收特性，而受到广泛关注。但纳米线的表面复合的强，降低了其光电转化效率。技术实现要素：有鉴于此，本申请提供了一种磷化铟纳米锥膜及其制备方法和应用，所述磷化铟纳米锥膜，包括：衬底层和纳米锥，所述纳米锥光吸收性好，减少光反射，降低了表面复合，光电转化效率高。为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种磷化铟纳米锥膜，包括：衬底层和纳米锥，所述纳米锥外延于所述衬底层上，所述衬底层和所述纳米锥材料为磷化铟。优选的，所述纳米锥高度为大于2μm。优选的，所述纳米锥根部直径为100～400nm。优选的，所述衬底层厚度为大于等于2μm。优选的，所述磷化铟纳米锥膜还包括：小分子有机物膜，所述小分子有机物膜外延于所述纳米锥上。优选的，所述小分子有机物膜厚度为1～2μm。优选的，所述小分子有机物膜厚度为2μm。优选的，所述外延于方式为涂覆。优选的，所述小分子有机物膜材料为c30h30n4o2。本发明还提供了一种磷化铟纳米椎膜的制备方法，包括以下步骤：1)提供磷化铟模板层；2)在所述磷化铟模板层上外延二氧化硅纳米颗粒层后，预刻蚀所述二氧化硅纳米颗粒层，得到外延于所述磷化铟模板层上的纳米球掩膜层；3)刻蚀所述磷化铟模板层，得到预制件；所述预制件包括：氧化层、衬底层和纳米锥；4)除去所述预制件中所述纳米球掩膜层和所述氧化层，得到磷化铟纳米锥膜；所述磷化铟纳米锥膜包括：所述衬底层和所述纳米锥，所述纳米锥外延于所述衬底层上，所述衬底层和所述纳米锥材料为磷化铟。优选的，所述磷化铟模板层厚度大于等于2.5μm。优选的，所述步骤2)中，在所述磷化铟模板层上外延二氧化硅纳米颗粒层具体为：利用langmuir-blodgett技术在所述磷化铟模板层上外延二氧化硅纳米颗粒层。优选的，所述二氧化硅纳米颗粒层二氧化硅纳米颗粒为单层排布。优选的，所述二氧化硅纳米颗粒直径为500nm。优选的，所述步骤2)中，所述预刻蚀过程采用等离子体刻蚀方法预刻蚀，刻蚀气体为o2和chf3。优选的，所述纳米球掩膜层纳米球直径为100nm～400nm。优选的，所述纳米球掩膜层纳米球直径为100nm。优选的，o2的流量为8sccm。优选的，chf3的流量为80sccm。优选的，所述预刻蚀过程操作频率为250w。优选的，所述步骤3)中，所述刻蚀过程采用等离子体刻蚀方法刻蚀，刻蚀气体为h2和ch4，刻蚀深度大于等于2μm。优选的，所述刻蚀深度为2～5μm。优选的，所述刻蚀深度为5μm。优选的，h2的流量为80sccm。优选的，ch4的流量为18sccm。优选的，所述刻蚀过程操作频率为200w。优选的，所述步骤4)中，除去所述预去除制件中所述纳米球掩膜层和所述氧化层过程具体为：采用hf溶液除去所述预制件中所述纳米球掩膜层，采用第一溶液除去所述预制件中所述氧化层；所述第一溶液为hcl溶液或氨水。优选的，所述步骤4)中，除去所述预制件中所述纳米球掩膜层和所述氧化层后采用食人鱼溶液进行处理，得到磷化铟纳米锥膜。优选的，所述第一溶液为hcl溶液。优选的，所述hcl溶液质量百分浓度为6％。优选的，所述食人鱼溶液包括：浓h2so4溶液和h2o2溶液。优选的，浓h2so4溶液质量百分浓度为98％。优选的，h2o2溶液质量百分浓度为30％。优选的，所述食人鱼溶液中浓h2so4和h2o2体积比为10：1。优选的，所述氨水质量百分浓度为20％。优选的，所述步骤4)具体为：除去所述预制件中所述纳米球掩膜层，在所述纳米锥表面涂覆小分子有机物膜，得到磷化铟纳米锥膜；所述磷化铟纳米锥膜包括：所述衬底层、所述纳米锥和小分子有机物膜，所述纳米锥外延于所述衬底层上，所述小分子有机物膜外延于所述纳米锥上，所述衬底层和所述纳米锥材料为磷化铟。优选的，所述步骤4)具体为：除去所述预制件中所述纳米球掩膜层后，采用食人鱼溶液进行处理，在所述纳米锥表面涂覆小分子有机物膜，得到磷化铟纳米锥膜；所述磷化铟纳米锥膜包括：所述衬底层、所述纳米锥和小分子有机物膜，所述纳米锥外延于所述衬底层上，所述小分子有机物膜外延于所述纳米锥上，所述衬底层和所述纳米锥材料为磷化铟。优选的，所述在所述纳米锥表面涂覆小分子有机物膜过程，涂覆厚度为1～2μm。优选的，所述涂覆厚度为2μm。优选的，所述涂覆方法为旋涂。本发明还提供了一种磷化铟纳米锥膜的应用，包括上述磷化铟纳米锥膜或上述的磷化铟纳米锥膜的制备方法制得的所述磷化铟纳米锥膜应用于制备太阳能电池。优选的，所述太阳能电池，包括依次设置的背电极、所述磷化铟纳米锥膜和正电极。优选的，所述背电极为zn/au电极。优选的，所述正电极为au电极。本申请与现有技术相比，其详细说明如下：本发明提供的磷化铟纳米锥膜中纳米锥为上端间隙大，下端间隙小的结构，一方面，相比于纳米线，减少了光反射，有更好的吸收特性，具有更大的p-n结表面积，更多地载流子会被激发产生光电效应，降低了表面复合，提高光电转化效率；另一方面，纳米锥结构使有机物能够与纳米锥充分结合覆盖，选择在空气中稳定；选用小分子有机物膜，保证有机物能均匀的覆盖在纳米锥的表面，避免了使用大分子有机物只能覆盖在纳米线锥尖端的情况，容易成膜特性的c30h30n4o2作为小分子有机膜材料，进一步利于电子输送，提高磷化铟纳米锥膜导电性，提高磷化铟纳米锥膜光电转化效率。本发明衬底层和纳米锥材料均为磷化铟，因具磷化铟温室下带隙为1.35ev，具有较大的激子波尔半径，因此，本发明提供的磷化铟纳米锥膜光电转化效率高。本发明所采用的制备方法，过程简便、容易操作，易于实现工业生产。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。本发明提供了一种磷化铟纳米锥膜，包括：衬底层和纳米锥，所述纳米锥外延于所述衬底层上，所述衬底层和所述纳米锥材料为磷化铟。按照本发明，所述纳米锥高度大于2μm。所述纳米锥根部直径为100～400nm。所述衬底层厚度为大于等于2.5μm。按照本发明，所述磷化铟纳米锥膜还包括：小分子有机物膜，所述小分子有机物膜外延于所述纳米锥上。优选的，所述小分子有机物膜厚度为1～2μm。更优选的，所述小分子有机物膜厚度为2μm。优选的，所述外延于方式为涂覆。优选的，所述小分子有机物膜材料为c30h30n4o2。本发明还提供了一种磷化铟纳米椎膜的制备方法，包括以下步骤：一种磷化铟纳米椎膜的制备方法，包括以下步骤：1)提供磷化铟模板层；2)在所述磷化铟模板层上外延二氧化硅纳米颗粒层后，预刻蚀所述二氧化硅纳米颗粒层，得到外延于所述磷化铟模板层上的纳米球掩膜层；3)刻蚀所述磷化铟模板层，得到预制件；所述预制件包括：氧化层、衬底层和纳米锥；4)除去所述预制件中所述纳米球掩膜层和所述氧化层，得到磷化铟纳米锥膜；所述磷化铟纳米锥膜包括：所述衬底层和所述纳米锥，所述纳米锥外延于所述衬底层上，所述衬底层和所述纳米锥材料为磷化铟。按照本发明，所述磷化铟模板层厚度大于等于2.5μm。按照本发明，所述步骤2)中，在所述磷化铟模板层上外延二氧化硅纳米颗粒层具体为：利用langmuir-blodgett技术在所述磷化铟模板层上外延二氧化硅纳米颗粒层。所述二氧化硅纳米颗粒层二氧化硅纳米颗粒为单层排布。优选的，所述二氧化硅纳米颗粒直径为500nm。优选的，所述步骤2)中，所述预刻蚀过程采用等离子体刻蚀方法预刻蚀，刻蚀气体为o2和chf3。优选的，所述纳米球掩膜层纳米球直径为100nm～400nm。更优选的，所述纳米球掩膜层纳米球直径为100nm。优选的，o2的流量为8sccm，chf3的流量为80sccm，所述预刻蚀过程操作频率为250w。按照本发明，所述步骤3)中，所述刻蚀过程采用等离子体刻蚀方法刻蚀，刻蚀气体为h2和ch4，刻蚀深度大于等于2μm。优选的，所述刻蚀深度为2～5μm。更优选的，所述刻蚀深度为5μm。优选的，h2的流量为80sccm，ch4的流量为18sccm，所述刻蚀过程操作频率为200w。按照本发明，所述步骤4)中，除去所述预制件中所述纳米球掩膜层和所述氧化层过程具体为：采用hf溶液除去所述预制件中所述纳米球掩膜层，采用第一溶液除去所述预制件中所述氧化层。按照本发明，所述步骤4)中，除去所述预去除制件中所述纳米球掩膜层和所述氧化层后采用食人鱼溶液进行处理，得到磷化铟纳米锥膜。按照本发明。优选的，所述第一溶液为hcl溶液，所述hcl溶液质量百分浓度为6％。所述食人鱼溶液包括：浓h2so4溶液和h2o2溶液。优选的，浓h2so4溶液质量百分浓度为98％，h2o2溶液质量百分浓度为30％，所述食人鱼溶液中浓h2so4和h2o2体积比为10：1。优选的，所述氨水质量百分浓度为20％。按照本发明，所述步骤4)具体为：除去所述预制件中所述纳米球掩膜层，在所述纳米锥表面涂覆小分子有机物膜，得到磷化铟纳米锥膜；所述磷化铟纳米锥膜包括：所述衬底层、所述纳米锥和小分子有机物膜，所述纳米锥外延于所述衬底层上，所述小分子有机物膜外延于所述纳米锥上，所述衬底层和所述纳米锥材料为磷化铟。更优选的，所述步骤4)具体为：除去所述预制件中所述纳米球掩膜层，采用食人鱼溶液进行处理，在所述纳米锥表面涂覆小分子有机物膜，得到磷化铟纳米锥膜；所述磷化铟纳米锥膜包括：所述衬底层、所述纳米锥和小分子有机物膜，所述纳米锥外延于所述衬底层上，所述小分子有机物膜外延于所述纳米锥上，所述衬底层和所述纳米锥材料为磷化铟。优选的，所述在所述纳米锥表面涂覆小分子有机物膜过程，涂覆厚度为1～2μm。更优选的，所述涂覆厚度为2μm。优选的，所述涂覆方法为旋涂。本发明还提供了一种磷化铟纳米锥膜的应用，包括上述磷化铟纳米锥膜或上述的磷化铟纳米锥膜的制备方法制得的所述磷化铟纳米锥膜应用于制备太阳能电池。按照本发明，所述太阳能电池，包括依次设置的背电极、所述磷化铟纳米锥膜和正电极。优选的，所述背电极为zn/au电极，所述正电极为au电极。实施例1一种磷化铟纳米椎膜的制备方法，包括以下步骤：1)提供磷化铟模板层；所述磷化铟模板层厚度大于等于2.5μm；2)利用langmuir-blodgett技术在所述磷化铟模板层上外延二氧化硅纳米颗粒层后，等离子体刻蚀方法预刻蚀所述二氧化硅纳米颗粒层，得到外延于所述磷化铟模板层上的纳米球掩膜层；所述二氧化硅纳米颗粒层二氧化硅纳米颗粒为单层排布，直径为500nm；3)等离子体刻蚀方法刻蚀所述磷化铟模板层，得到预制件；所述预制件包括：氧化层、衬底层和纳米锥；4)采用hf溶液所述预制件中纳米球掩膜层，采用hcl溶液去除预制件中所述氧化层，采用食人鱼溶液进行处理，在所述纳米锥表面采用旋涂方式涂覆小分子有机物膜，涂覆厚度为2μm，得到磷化铟纳米锥膜。所述磷化铟纳米锥膜包括：所述衬底层、所述纳米锥和所述小分子有机物膜，所述纳米锥外延于所述衬底层上，所述小分子有机物膜外延于所述纳米锥上，所述衬底层和所述纳米锥材料为磷化铟，所述小分子有机物膜材料为c30h30n4o2。其中，所述hcl溶液质量百分浓度为6％；所述食人鱼溶液包括：质量百分浓度为98％的浓h2so4溶液和质量百分浓度为30％的h2o2溶液，浓h2so4和h2o2体积比为10：1。预刻蚀条件：刻蚀气体为o2和chf3，o2的流量为8sccm，chf3的流量为80sccm，操作频率为250w；纳米球掩膜层纳米球直径为100nm；刻蚀条件：刻蚀气体为h2和ch4，h2的流量为80sccm，ch4的流量为18sccm，刻蚀深度5μm。所述纳米锥高度为大于2μm，根部直径为100～400nm，所述衬底层厚度为2μm，所述小分子有机物膜厚度为2μm。一种磷化铟纳米锥膜的应用，包括：上述的制得的磷化铟纳米锥膜两侧分别采用电子束蒸发外延背电极和正电极后，封装，制备得到太阳能电池；所述背电极为zn/au(10/100nm)电极，所述正电极为au(100nm)电极。实施例2本实施例除下述特征外，其他均与实施例1相同：本实施中，纳米球掩膜层纳米球直径为400nm。实施例3本实施例除下述特征外，其他均与实施例2相同：本实施中，涂覆厚度为1μm；小分子有机物膜厚度为1μm。实施例4本实施例除下述特征外，其他均与实施例3相同：本实施中，刻蚀条件：刻蚀深度为2μm。实施例5本实施例除下述特征外，其他均与实施例4相同：本实施中，纳米球掩膜层纳米球直径为100nm。实施例6本实施例除下述特征外，其他均与实施例5相同：本实施中，刻蚀深度为5μm。实施例7本实施例除下述特征外，其他均与实施例1相同：步骤4)：采用hf溶液所述预制件中纳米球掩膜层，采用hcl溶液去除预制件中所述氧化层，采用食人鱼溶液进行处理，在所述纳米锥表面采用旋涂方式涂覆大分子有机物膜，涂覆厚度为2μm，得到磷化铟纳米锥膜。所述磷化铟纳米锥膜包括：所述衬底层、所述纳米锥和所述大分子有机物膜，所述纳米锥外延于所述衬底层上，所述大分子有机物膜外延于所述纳米锥上，所述衬底层和所述纳米锥材料为磷化铟，所述大分子有机物膜材料为pedot:pss。pedot:pss是一种高分子聚合物的水溶液，由pedot和pss两种物质构成，pedot是3，4-乙撑二氧噻吩单体的聚合物，pss是聚苯乙烯磺酸盐。实施例8本实施例除下述特征外，其他均与实施例1相同：步骤4)：采用hf溶液所述预制件中纳米球掩膜层，采用氨水去除预制件中所述氧化层，采用食人鱼溶液进行处理，在所述纳米锥表面采用旋涂方式涂覆小分子有机物膜，涂覆厚度为2μm，得到磷化铟纳米锥膜。磷化铟纳米锥膜包括：衬底层和纳米锥，纳米锥外延于衬底层上，衬底层和纳米锥材料为磷化铟；其中，氨水处理过程具体为：用质量百分浓度为20％的氨水浸泡5min。实施例9本实施例除下述特征外，其他均与实施例1相同：一种磷化铟纳米锥膜的应用，包括：上述磷化铟纳米锥膜两侧分别采用磁控溅射法外延背电极和正电极后，封装，制备得到太阳能电池；所述背电极为zn/au(10/100nm)电极，所述正电极为au(100nm)电极。实施例10纳米球掩膜层纳米球直径对磷化铟纳米椎膜性能影响1、实验样品：实施例1、2、4、5所述磷化铟纳米椎膜制备得到太阳能电池样品(小分子有机物膜厚度2μm，刻蚀深度为5μm条件下，纳米球掩膜层纳米球直径分别为100nm与400nm；小分子有机物膜厚度1μm，刻蚀深度为2μm条件下，纳米球掩膜层纳米球直径分别为100nm与400nm)；2、实验方法：采用gb/t6495.1-1996中所述方法进行性能测试；3、实验结果：见表1。表1纳米球掩膜层纳米球直径对磷化铟纳米椎膜性能影响结果电池样品voc(v)jsc(ma/cm2)ff(％)eff(％)实施例10.6435.00.8118.1实施例20.6332.60.8016.7实施例40.6529.50.7915.1实施例50.6531.10.8016.2其中，eff为光电转换效率，voc为开路电压，jsc为短路电流，ff为填充因子。从以上数据可以看出的实施例1样品电池性能优于实施例2，实施例5样品电池性能优于实施例4，即纳米球掩膜层纳米球直径为100～400nm，直径为100nm时，其磷化铟纳米椎膜性能较好，为优选方案。实施例11小分子有机物膜厚度对磷化铟纳米椎膜性能影响1、实验样品：实施例1、6、2、3所述磷化铟纳米椎膜制备得到太阳能电池样品(纳米球掩膜层纳米球直径100μm，刻蚀深度为5μm条件下，小分子有机物膜厚度分别为2μm与1μm；纳米球掩膜层纳米球直径400μm，刻蚀深度为5μm条件下，小分子有机物膜厚度分别为2μm与1μm)；2、实验方法：采用gb/t6495.1-1996中所述方法进行性能测试；3、实验结果：见表2。表2小分子有机物膜厚度对磷化铟纳米椎膜性能影响结果电池样品voc(v)jsc(ma/cm2)ff(％)eff(％)实施例10.6435.00.8118.1实施例60.6634.20.7917.8实施例20.6332.60.8016.7实施例30.6530.60.7815.5其中，eff为光电转换效率，voc为开路电压，jsc为短路电流，ff为填充因子。从以上数据可以看出的实施例1样品电池性能优于实施例6，实施例2样品电池性能优于实施例3，即涂覆厚度与小分子有机物膜厚度为1～2μm，涂覆厚度与小分子有机物膜厚度为2μm时，其磷化铟纳米椎膜性能较好，为优选方案。实施例12刻蚀深度对磷化铟纳米椎膜性能影响1、实验样品：实施例6、5、3、4所述磷化铟纳米椎膜制备得到太阳能电池样品(纳米球掩膜层纳米球直径100nm，小分子有机物膜厚度为1μm条件下，刻蚀深度分别为5μm与2μm；纳米球掩膜层纳米球直径400nm，小分子有机物膜厚度为1μm条件下，刻蚀深度分别为5μm与2μm)；2、实验方法：采用gb/t6495.1-1996中所述方法进行性能测试；3、实验结果：见表3。表3刻蚀深度对磷化铟纳米椎膜影响结果电池样品voc(v)jsc(ma/cm2)ff(％)eff(％)实施例60.6634.20.7917.8实施例50.6531.10.8016.2实施例30.6530.60.7815.5实施例40.6529.50.7915.1其中，eff为光电转换效率，voc为开路电压，jsc为短路电流，ff为填充因子。从以上数据可以看出的实施例6样品电池性能优于实施例5，实施例3样品电池性能优于实施例4，即刻蚀深度为5～2μm，刻蚀深度为5μm时，其磷化铟纳米椎膜性能较好，为优选方案。实施例13小分子有机物膜对磷化铟纳米椎膜性能影响1、实验样品：实施例1、7所述磷化铟纳米椎膜制备得到太阳能电池样品(实施例1：制备方法包括旋涂小分子有机物膜，磷化铟纳米椎膜包括小分子有机物膜；实施例7：制备方法包括旋涂大分子有机物pedot:pss膜，磷化铟纳米椎膜包括大分子有机物膜)；2、实验方法：采用gb/t6495.1-1996中所述方法进行性能测试；3、实验结果：见表4。表4小分子有机物膜对磷化铟纳米椎膜影响结果电池样品voc(v)jsc(ma/cm2)ff(％)eff(％)实施例10.6435.00.8118.1实施例70.5331.30.7211.9其中，eff为光电转换效率，voc为开路电压，jsc为短路电流，ff为填充因子。从以上数据可以看出的实施例1样品电池性能优于实施例7，即本发明以c30h30n4o2为小分子有机物膜材料，将小分子有机物膜外延于所述纳米锥上在小分子有机物膜，磷化铟纳米椎膜包括小分子有机物膜时，其磷化铟纳米椎膜性能较好，为优选方案。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12