本發(fā)明專利技術(shù)屬于半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種BiFeO3納米線太陽能電池的制備方法。利用BiFeO3納米線結(jié)構(gòu)降低其光學(xué)帶隙，并提高其對太陽光的吸收，利用Ag納米線和ITO上電極提高載流子的收集能力，從而達(dá)到提高BiFeO3納米線太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的目的。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于半導(dǎo)體材料
，具體涉及一種BiFeO3納米線太陽能電池的制備方法。
技術(shù)介紹
目前，傳統(tǒng)的硅基太陽能電池是利用p-n結(jié)或肖特基結(jié)來實現(xiàn)電子一空穴對的分離，光誘導(dǎo)的電壓被界面區(qū)域的高能壘限制，導(dǎo)致產(chǎn)生的開路電壓較小；其次，為了提高電池的轉(zhuǎn)換效率，通常要專門設(shè)計特殊的減反結(jié)構(gòu)以及對表面作鈍化處理，來增加對太陽光的吸收；更為重要的是，硅原料的價格決定了硅基太陽能電池的制造費(fèi)用昂貴；因此，硅基太陽能電池具有開路電壓小、結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜、制造成本昂貴等缺點；然而，人們在鐵電體這種非中心對稱材料中發(fā)現(xiàn)了光伏效應(yīng)的另一種機(jī)制，即鐵電光伏效應(yīng)，利用鐵電光伏效應(yīng)制備的太陽能電池具有開路電壓大、結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、產(chǎn)生的光電流正比于鐵電極化強(qiáng)度等特點，因此吸引了越來越多的關(guān)注。2009年，Choi等人發(fā)現(xiàn)多鐵性材料BiFeO3單晶中存在一個大的光伏效應(yīng)，其具有較窄的光學(xué)帶隙(2. 2 eV)，高的飽和極化強(qiáng)度(90 MC/cm2)，這使得BiFeO3材料在光伏器件方面的應(yīng)用成為可能，但是其產(chǎn)生的光電流密度較小(7. 35 μΑ/cm2)，這直接導(dǎo)致BiFeO3材料的光電轉(zhuǎn)換效率較低;另外，BiFeO3薄膜光伏效應(yīng)的研究表明BiFeO3薄膜具有一個較寬的光學(xué)帶隙(2. 7 eV左右)和一個較高的開路電壓(O. 3-0.9 V) [ff. Ji, K.Yao, and Y. C. Liang, Adv. Mater. 22, 1763 (2010). S. Y. Yang, L. ff. Martin,S. J. Byrnes, T. E. Conryj S. R. Basuj D. Paranj L Reichertzj J. IhlefeldjC.Adamoj A. Melville, Y. H. Chuj C. H. Yang, J. L Musfeldtj D. G. SchlomjJ. W. Ager III，and R. Rameshj AppI. Phys. Lett. 95，062909 (2009).];但是，可以通過改變薄膜厚度、沉積時的氧壓力、薄膜與基底之間產(chǎn)生的應(yīng)力來調(diào)控BiFeO3薄膜的光學(xué)帶隙;另有研究表明多晶BiFeOj^膜具有一個較窄的光學(xué)帶隙(2. 2 eV)和一個大的光電流密度(2.8 mA/cm2) [Y. Y. Zangj D. Xiej X. Wuj Y. Chenj Y. X. Linj Μ. H. Li,H.Tianj X. Li，Ζ. Li，H. W. Zhuj T. L Renj and D. Plant, AppI. Phys. Lett.99，132904 (2011).];電極材料對多晶BiFeO3薄膜光學(xué)性質(zhì)的影響較大，釆用氧化物電極材料的多晶BiFeO3薄膜要比金屬材料的具有更大的光伏效應(yīng);另外，BiFeO3納米線光學(xué)性質(zhì)的研究也表明其具有較低的光學(xué)帶隙(2. 5 eV);可以看出，BiFeO3材料的光伏效應(yīng)已有很多報道，但所涉及到的大都是體材料或薄膜材料的BiFeO3，低維結(jié)構(gòu)BiFeO3光學(xué)性質(zhì)的研究還少有報道，雖然目前有幾篇文獻(xiàn)報道了 BiFeO3納米線的制備和光學(xué)性質(zhì)的研究，但所涉及到的僅是純BiFeO3納米線陣列，其開路電壓、光電流密度等電學(xué)性質(zhì)的研究還未見報道，更未見其他結(jié)構(gòu)的BiFeO3納米線太陽能電池的報道。本專利技術(shù)提出一種BiFeO3納米線太陽能電池的制備方法，利用納米線結(jié)構(gòu)提高BiFeO3納米線太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提出一種BiFeO3納米線太陽能電池的制備方法，利用BiFeO3納米線結(jié)構(gòu)降低其光學(xué)帶隙，并提高其對太陽光的吸收，利用Ag納米線和ITO上電極提高載流子的收集能力，從而達(dá)到提高BiFeO3納米線太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的目的。實現(xiàn)本專利技術(shù)的技術(shù)方案為 ，包括制備雙通的多孔氧化鋁模板的步驟、在多孔氧化鋁模板中填充Ag納米線的步驟和制備ITO上電極的步驟，其特征在于在多孔氧化鋁模板中填充Ag納米線的步驟和制備ITO上電極的步驟之間進(jìn)行利用磁控濺射方法在Ag納米線上包覆一層BiFeO3的步驟，具體的工藝條件為濺射功率為50-90 W，沉積溫度為20 - 300 0C, Ar :02的流量比1:15-11: 1，腔體壓力為O. 01-1 Pa，BiFeO3殼層厚度為20-200 nm。所述的，其特征在于所述制備雙通的多孔氧化鋁模板的步驟為將高純鋁片進(jìn)行退火，超聲清洗，去除自然氧化層，電化學(xué)拋光，進(jìn)行二次陽極氧化，去除Al基底，通孔，制備出雙通的多孔氧化鋁模板； 所述高純Al片純k- 99. 999%，退火溫度為450-500°C，退火時間為4_5小時，隨爐冷卻至室溫后取出； 超聲清洗依次用丙酮、乙醇、去離子水超聲3分鐘； 去除自然氧化層時選用2 mol/L的NaOH溶液，溫度為60°C，浸入時間為2分鐘； 電化學(xué)拋光選用5vol%硫酸、95vol%磷酸和20 g/L鉻酸的混合溶液，拋光5分鐘，水浴溫度為85 V，拋光電流為O. 8 A或選用25vol%高氯酸和75vol%乙醇，拋光I分鐘，水浴溫度為10°C，拋光電流密度為O. 5 mA/cm2 ;或選用90vol%高氯酸和10vol%乙醇，拋光3分鐘，電壓為23 V ； 二次陽極氧化過程包括第一次陽極氧化、去除氧化層和第二次陽極氧化的步驟； 第一次陽極氧化的電解液選用O. 2-0. 4 mol/L的草酸，氧化電壓為10-160 V，溫度控制在0-10 °C，氧化時間為3-6小時；或選用O. 3-1.2 mol/L的硫酸，氧化電壓為10-160 V，溫度控制在0-5 °C，氧化時間為3-6小時； 去除氧化層選用6wt%磷酸和I. 5wt%鉻酸的混合溶液，60 0C浸泡6小時；第二次陽極氧化條件與第一次陽極氧化相同，通過控制陽極電壓可得到不同孔徑大小的多孔氧化鋁模板； 去除Al基底選用飽和HgCl2溶液、SnCl4溶液或CuCl2溶液； 通孔選用6wt%磷酸，30°C，浸泡I小時，制備出雙通的多孔氧化鋁模板，將雙通的多孔氧化鋁模板浸入6wt%磷酸中擴(kuò)孔5 - 40分鐘，可得不同孔徑大小的雙通氧化鋁模板。所述的，其特征在于在多孔氧化鋁模板中填充Ag納米線的步驟為在多孔氧化鋁模板的一面濺射Au層作為工作電極，利用電化學(xué)沉積方法在多孔氧化鋁模板中填充Ag納米線，去除多孔氧化鋁模板； 采用磁控濺射方法制備Au電極，濺射功率50 W，厚度為40-300 nm ； 電化學(xué)沉積以石墨片為陽極，Au為陰極，電解液為300 g/L的AgNOJP 45 g/L的H3BO3的混合溶液，用硝酸調(diào)節(jié)PH值至2 — 3，電流密度為2 - 4 mA/cm2,室溫沉積8小時；去除氧化鋁模板選用5wt%的NaOH溶液。所述的，其特征在于所述制備ITO上電極的步驟為采用磁控濺射方法制備ITO電極；靶材選用ITO陶瓷靶，工藝條件為灘射功率為40 — 60 W，沉積溫度為20 — 300 °C，腔體壓力為O. 01-1 Pa，濺射厚度為40-300 nm。測試BiFeO3納米線太陽能電池的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì),包括測試BiFeO3納米線太陽能 電池的吸收系數(shù)，J-V曲線等性本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種鐵酸鉍納米線太陽能電池的制備方法，包括制備雙通的多孔氧化鋁模板的步驟、在多孔氧化鋁模板中填充Ag納米線的步驟和制備ITO上電極的步驟，其特征在于：在多孔氧化鋁模板中填充Ag納米線的步驟和制備ITO上電極的步驟之間進(jìn)行利用磁控濺射方法在Ag納米線上包覆一層BiFeO3的步驟，具體的工藝條件為：濺射功率為50？90？W，沉積溫度為20－300？0C，Ar：O2的流量比1:15？11:1，腔體壓力為0.01？1？Pa，BiFeO3殼層厚度為20？200？nm。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：邱建華，丁建寧，袁寧一，陳智慧，王秀琴，
申請(專利權(quán))人：常州大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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