CN107833932B - 硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107833932B CN107833932B CN201711038219.0A CN201711038219A CN107833932B CN 107833932 B CN107833932 B CN 107833932B CN 201711038219 A CN201711038219 A CN 201711038219A CN 107833932 B CN107833932 B CN 107833932B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cadmium sulfide
- hole column
- preparation
- solar battery
- nano hole
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 180
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 180
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 155
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 154
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 69
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 179
- 239000002120 nanofilm Substances 0.000 claims abstract description 82
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 34
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 71
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 67
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 63
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 60
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 39
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 36
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 36
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 35
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 21
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 21
- 230000012010 growth Effects 0.000 claims description 21
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 17
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea Chemical compound NC(N)=S UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 13
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- LHQLJMJLROMYRN-UHFFFAOYSA-L cadmium acetate Chemical compound [Cd+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O LHQLJMJLROMYRN-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 10
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 10
- UYJXRRSPUVSSMN-UHFFFAOYSA-P ammonium sulfide Chemical compound [NH4+].[NH4+].[S-2] UYJXRRSPUVSSMN-UHFFFAOYSA-P 0.000 claims description 9
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 9
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 9
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 8
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 8
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 8
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 claims description 7
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims description 7
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 claims description 7
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 7
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 7
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 6
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 5
- SGJUCMOYVKXLDY-UHFFFAOYSA-N acetic acid;cadmium Chemical compound [Cd].CC(O)=O.CC(O)=O SGJUCMOYVKXLDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 3
- 229910016874 Fe(NO3) Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 2
- 238000002242 deionisation method Methods 0.000 claims 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 23
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 9
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KNRIBHTZBDIFJN-UHFFFAOYSA-N [B].[Cd] Chemical compound [B].[Cd] KNRIBHTZBDIFJN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000004073 vulcanization Methods 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CFOAUMXQOCBWNJ-UHFFFAOYSA-N [B].[Si] Chemical compound [B].[Si] CFOAUMXQOCBWNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 3
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 3
- WKPSFPXMYGFAQW-UHFFFAOYSA-N iron;hydrate Chemical compound O.[Fe] WKPSFPXMYGFAQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 3
- 229940095676 wafer product Drugs 0.000 description 3
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 3
- 241000209094 Oryza Species 0.000 description 2
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate Chemical compound [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 2
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 description 1
- FMRLDPWIRHBCCC-UHFFFAOYSA-L Zinc carbonate Chemical compound [Zn+2].[O-]C([O-])=O FMRLDPWIRHBCCC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000003698 anagen phase Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- CJOBVZJTOIVNNF-UHFFFAOYSA-N cadmium sulfide Chemical compound [Cd]=S CJOBVZJTOIVNNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 235000008216 herbs Nutrition 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/0296—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, HgCdTe
- H01L31/02963—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, HgCdTe characterised by the doping material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/028—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
- H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
- H01L31/074—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a heterojunction with an element of Group IV of the Periodic Table, e.g. ITO/Si, GaAs/Si or CdTe/Si solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明提供了一种硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池及其制备方法，涉及太阳能电池技术领域，该硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法包括用两步法在纳米孔柱硅片表面制备硫化镉纳米薄膜的步骤，利用该制备方法能够缓解现有硫化镉纳米薄膜均匀性和致密性差、电学性能不佳以及电池串联电阻过高等技术问题，达到提高硫化镉纳米薄膜结晶度、降低电池串联电阻和改善太阳能电池光伏性能的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是涉及一种硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池及其制备方法。
背景技术
太阳能作为一种可再生能源，具有清洁、丰富、安全等诸多优点。对太阳能的合理开发和利用，很可能会在解决能源危机、遏制气候恶化和维持人类社会可持续发展等关键进程中起重要作用。然而目前市场上以技术成熟的硅基太阳能电池为主的光伏器件往往存在光电转换效率较低、制造成本较高等缺点，使其成为能源的主要组成部分仍有很大的难度。如何能显著提高太阳能电池的光转换效率，是一个富有挑战的科学和技术问题，也具有重要的意义。随着纳米技术的日新月异，各种新结构、新模型被广泛应用于太阳能电池，在降低电池生产成本的同时也显著提高电池的光电转换效率，为低成本高效率太阳能电池的制备提供一种新的途径。
目前，新型太阳能电池主要向着薄膜化、叠层化以及新型太阳能电池等方向发展。如将纳米材料用于太阳能电池，可以显著的增加光生载流子的扩散长度，降低载流子湮灭几率,从而极大地提高光电转换效率。其中，硫化镉太阳能电池具有高转换效率，高耐热性及强抗辐射能力等优点，成为新型太阳能电池的重要研究方向。
目前，在硅片上沉积硫化镉制备得到的太阳能电池，由于硫化镉纳米薄膜均匀性和致密性差，电学性能不佳导致其电流输出特性差，从而影响太阳能电池的使用性能。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，以缓解利用现有方法制备得到的硫化镉纳米薄膜均匀性和致密性差，电学性能不佳的技术问题。
本发明的第二目的在于提供一种硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池，该太阳能电池中的硫化镉纳米薄膜具有结晶度高，均匀性、致密性和电性能较好的优点。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，包括用两步法在纳米孔柱硅片表面制备硫化镉纳米薄膜的步骤。
进一步的，所述两步法包括先在48-52℃范围内生长硫化镉纳米薄膜，然后再在67-73℃范围内继续生长硫化镉纳米薄膜。
进一步的，所述硫化镉纳米薄膜为硼掺杂硫化镉纳米薄膜；
优选地，所述硼掺杂硫化镉纳米薄膜中硼元素与镉元素的摩尔比为(0.001-0.1):1。
进一步的，所述两步法制备硼掺杂硫化镉纳米薄膜包括以下步骤：
步骤a)：将醋酸镉和硼酸溶于去离子水中形成溶液A；将硫脲溶于去离子水中形成溶液B；先将溶液A与氨水混合加热至42-46℃，再与溶液B混合，并加热至48-52℃，得到反应溶液；
步骤b)：将纳米孔柱硅片置于反应溶液中进行反应，反应温度48-52℃，反应15-25min，反应结束后进行清洗；
步骤c)：将步骤b)中经清洗后的纳米孔柱硅片再次置于反应溶液中进行反应，反应温度为67-73℃，反应时间为15-25min，，反应结束后进行清洗；
步骤d)：将步骤c)中经清洗后的纳米孔柱硅片在0.022-0.028mol/L的醋酸镉溶液中浸泡13-20min，取出后置于氮气气氛中进行退火处理，即在纳米孔柱硅片两表面制备得到硼掺杂硫化镉纳米薄膜，得到具有硼掺杂硫化镉/硅纳米孔柱异质结的硅片；
步骤e)依次采用稀盐酸和饱和氢氧化钠溶液对生长有硼掺杂硫化镉纳米薄膜的纳米孔柱硅片的任意一侧表面进行腐蚀清洗，直至去除硼掺杂硫化镉纳米薄膜；
优选地，所述步骤d)中退火处理时的退火温度为450-550℃，退火时间为25-35min。
进一步的，纳米孔柱硅片的制备方法包括：先用水热腐蚀法在P型硅片表面制备出柱状结构，然后再在制备出柱状结构的P型硅片表面进行氧化钝化，得到纳米孔柱硅片。
进一步的，所述水热腐蚀法包括以下步骤：对P型硅片进行清洗，清洗后放入水热反应釜中进行反应，反应结束后在P型硅片表面得到柱状结构。
进一步的，所述清洗包括先将P型硅片放入丙酮或乙醇溶液中浸泡，然后再利用RCA标准清洗法进行清洗；
优选地，反应釜中的腐蚀液包括：0.025-0.035mol/L的九水合硝酸铁、11-14mol/L的氢氟酸和去离子水，其中反应釜填充度为75％-83％；
优选地，反应釜的反应温度为135-145℃，反应时间为40-55min；
优选地，反应结束常温静置40-80min再取出硅片；
优选地，取出硅片后包括清洗的步骤，优选为用去离子水进行清洗。
进一步的，所述氧化钝化的步骤包括：先将制备出柱状结构的P型硅片置于硫化铵和乙醇的混合溶液中浸泡，之后进行紫外激发，得到纳米孔柱硅片；
优选地，硫化铵和乙醇的混合溶液中硫化铵与乙醇的体积比为1：(180-220)；
优选地，所述浸泡时间为1-3min；
优选地，所述紫外激发时间为15-30min。
进一步的，在纳米孔柱硅片表面制备得到硫化镉纳米薄膜后包括制备正负电极的步骤；
优选地，利用真空蒸镀法或磁控溅射法制备正负电极；
优选地，正电极包括铝膜；
优选的，所述铝膜的厚度为550-650nm；
优选地，负电极包括透明导电薄膜，优选为ITO导电膜或AZO导电膜；
优选地，所述透明导电薄膜的厚度为90-110nm；
优选地，将制备正负极后得到的太阳能电池片置于氩气氛围中并在350-450℃条件下退火0.5-1.5h。
一种根据上述制备方法制备得到的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明中提供的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法中，硫化镉纳米薄膜是通过两步法制备得到，较以往的一步沉积法而言，其生长过程能得到有效控制。两步法中，第一步中先控制硫化镉纳米薄膜缓慢生长，使其生长出的结构更趋近于理想状态下的晶体结构，然后再通过快速生长制备出硫化镉纳米薄膜。因此，通过两步法制备，生长过程速率缓慢可控，制备得到的硫化镉纳米薄膜厚度适中，薄膜表面颗粒大小均匀，表面光滑，结晶质量好，致密度高，与基底硅片的结合力好，电学性能良好，从而能显著提高太阳能电池的光伏性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的制备方法中低温生长硫化镉纳米薄膜后的SEM电镜形貌扫描图，其中，(a)为孔柱的俯视图，(b)为孔柱的侧视图；
图3为本发明实施例1提供的制备方法中高温生长硫化镉纳米薄膜后的SEM电镜形貌扫描图，其中，(a)为孔柱的俯视图，(b)为孔柱的侧视图；
图4为本发明对比例1提供的制备方法中生长硫化镉纳米薄膜后的SEM电镜形貌扫描图，其中，(a)为孔柱的俯视图，(b)为孔柱的侧视图；
图5为实施例1和对比例1中的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的光学性能测试对比图；
图6为实施例1和对比例1中的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的电学性能测试对比图；
图7为实施例1和对比例1中的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的光伏性能测试对比图。
图标：10-P型硅片；20-纳米孔柱；30-透明导电薄膜；40-铝膜。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明的一个方面提供了一种硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，包括用两步法在纳米孔柱硅片表面制备硫化镉纳米薄膜的步骤。
本发明中提供的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法中，硫化镉纳米薄膜是通过两步法制备得到，较以往的一步沉积法而言，其生长过程能得到有效控制。两步法中，第一步中先控制硫化镉纳米薄膜缓慢生长，使其生长出的结构更趋近于理想状态下的晶体结构，然后再通过快速生长制备出硫化镉纳米薄膜。因此，通过两步法制备，生长过程中的速率缓慢可控，制备得到的硫化镉纳米薄膜厚度适中，薄膜表面颗粒大小均匀，表面光滑，结晶质量好，致密度高，与基底硅片的结合力好，电学性能良好，从而能显著提高太阳能电池的光伏性能。
作为本发明优选的实施方式，所述两步法包括先在48-52℃范围内生长硫化镉纳米薄膜，然后再在67-73℃范围内继续生长硫化镉纳米薄膜。该方法中先在低温条件下使硫化镉纳米薄膜缓慢生长，以在硅片上形成结晶度高，致密性好的一层硫化镉纳米薄膜，然后再在高温下继续生长硫化镉纳米薄膜，从而有效控制硫化镉纳米薄膜的生长速度，使制备得到的硫化镉纳米薄膜均匀性致密性显著提高，以提高异质结的导电性，进而提高太阳能电池的输出效率。
在上述优选实施方式中，低温生长阶段典型但非限制性的温度例如可以为：40℃、45℃、50℃或55℃；高温生长阶段典型但非限制性的温度例如可以为：65℃、70℃、75℃、80℃或85℃。
作为本发明优选的实施方式，所述硫化镉纳米薄膜为硼掺杂硫化镉纳米薄膜；采用硼掺杂硫化镉纳米薄膜，可以降低硫化镉纳米薄膜的电阻率，提高其电学性能，降低硫化镉/纳米孔柱硅片太阳能电池的串联电阻，提高光电转换效率。
作为本发明优选的实施方式，所述硼掺杂硫化镉纳米薄膜中硼元素与镉元素的摩尔比为(0.001-0.1):1。通过优化硼的加入量，可以进一步提高硫化镉纳米薄膜的电学性能。其中，硼元素与镉元素的典型但非限制性的摩尔比例如可以为：0.001:1、0.002:1、0.003:1、0.004:1、0.005:1、0.006:1、0.007:1、0.008:1、0.009:1、0.01:1、0.02:1、0.03:1、0.04:1、0.05:1、0.06:1、0.07:1、0.08:1、0.09:1或0.1:1。
作为本发明优选的实施方式，所述两步法制备硼掺杂硫化镉纳米薄膜包括以下步骤：
步骤a)：将醋酸镉和硼酸溶于去离子水中形成溶液A；将硫脲溶于去离子水中形成溶液B；先将溶液A与氨水混合加热至38-40℃，再与溶液B混合，并加热至40-55℃，得到反应溶液；
步骤b)：将纳米孔柱硅片置于反应溶液中进行反应，反应温度40-55℃，反应15-25min，反应结束后进行清洗；
步骤c)：将步骤b)中经清洗后的纳米孔柱硅片再次置于反应溶液中进行反应，反应温度为65-85℃，反应时间为15-25min，，反应结束后进行清洗；
步骤d)：将步骤c)中经清洗后的纳米孔柱硅片在0.022-0.028mol/L的醋酸镉溶液中浸泡13-20min，取出后置于氮气气氛中进行退火处理，即在纳米孔柱硅片两表面制备得到硼掺杂硫化镉纳米薄膜，得到具有硼掺杂硫化镉/硅纳米孔柱状异质结的硅片；
e)依次采用稀盐酸和饱和氢氧化钠溶液对生长有硼掺杂硫化镉纳米薄膜的纳米孔柱硅片的任意一侧表面进行腐蚀清洗，直至去除硼掺杂硫化镉纳米薄膜。
上述优选实施方式是采用化学沉积生长硫化镉薄膜，利用化学生长沉积制备硫化镉纳米薄膜的生长较稳定，厚度容易控制，制备方法简单、所需材料成本低廉，且易于大面积生产。该方法所制备的硼掺杂硫化镉纳米薄膜结晶性能好，电学性能改善明显，电阻率显著降低，载流子迁移率有较大提升，十分有利于光生载流子的传输和分离。
作为本发明优选的实施方式，所述步骤d)中退火处理时的退火温度为450-550℃，退火时间为25-35min。经过退火处理，可以消除硫化镉表面的缺陷及应力，提高传导性能。
作为本发明优选的实施方式，纳米孔柱硅片的制备方法包括：先用水热腐蚀法在P型硅片表面制备出柱状结构，然后再在制备出柱状结构的P型硅片表面进行氧化钝化，得到纳米孔柱硅片。采用简单的水热腐蚀技术制备得到的纳米孔柱硅片具有优异的广谱光吸收特性，可以实现可见光区域平均积分反射率小于4％，同时可以省去专门制绒的流程，从而节约成本。
作为本发明优选的实施方式，所述水热腐蚀法包括以下步骤：对P型硅片进行清洗，清洗后放入水热反应釜中进行反应，反应结束后在P型硅片表面得到柱状结构。利用水热反应釜进行反应，可以进一步控制反应速率。
作为本发明优选的实施方式，所述清洗包括先将P型硅片放入丙酮或乙醇溶液中浸泡，然后再利用RCA标准清洗法进行清洗。通过清洗可以去除硅片表面的有机物。
作为本发明优选的实施方式，反应釜中的腐蚀液包括：0.025-0.035mol/L的九水合硝酸铁、11-14mol/L的氢氟酸和去离子水，其中反应釜填充度为75％-83％；可选地，反应釜的反应温度为135-145℃，反应时间为40-55min；可选地，反应结束常温静置40-80min再取出硅片；可选地，取出硅片后包括清洗的步骤，优选为用去离子水进行清洗。通过控制腐蚀液中的原料的浓度、反应温度和反应时间可以进一步控制得到的柱状结构中柱体的高度以及外径尺寸，从而降低反射率，提高入射率，同时提高电荷的传输通道，进而提高太阳能电池片的光伏特性。
作为本发明优选的实施方式，所述氧化钝化的步骤包括：先将制备出柱状结构的P型硅片置于硫化铵和乙醇的混合溶液中浸泡，之后进行紫外激发，得到纳米孔柱硅片；可选地，硫化铵和乙醇的混合溶液中硫化铵与乙醇的体积比为1：(180-220)；可选地，所述浸泡时间为1-3min；可选地，所述紫外激发时间为15-30min。通过增加氧化钝化的步骤，可以防止制备得到的纳米孔柱硅片表面出现氧化，影响硅片的使用性能。
作为本发明优选的实施方式，在纳米孔柱硅片表面制备得到硫化镉纳米薄膜后包括制备正负电极的步骤；可选地，利用真空蒸镀法或磁控溅射法制备正负电极。
作为本发明优选的实施方式，正电极包括铝膜；可选地，所述铝膜的厚度为550-650nm。
作为本发明优选的实施方式，负电极包括透明导电薄膜，优选为透明氧化铟锡导电薄膜(简称：ITO导电膜)或铝掺杂的氧化锌透明导电薄膜(简称：AZO导电膜)；可选地，所述透明导电薄膜的厚度为90-110nm。采用透明导电薄膜作为电极，可以在整个硅片的负极表面覆盖电极，便于电子的导出，减少太阳能电池的串并联电阻，同时增加入射面积，提高输出功率。
作为本发明优选的实施方式，将制备正负极后得到的太阳能电池片置于氩气氛围中并在350-450℃条件下退火0.5-1.5h。通过退火处理以消除正负电极与硅片间的结合应力，减少界面缺陷。
本发明的另一个方面提供了一种根据上述制备方法制备得到的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池。
实施例1
本实施例是一种硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤(A)：纳米孔柱硅片的制备及后处理
a)首先将P型重掺杂单晶硅片放入丙酮或乙醇溶液中浸泡5min，以去除表面有机污染物，然后用标准的RCA清洗流程在对其进行深度清洗；b)将清洗后的硅片固定在样品架上，竖直放入水热反应釜中，在反应釜中注入配置好的腐蚀液(该腐蚀液由0.03mol/L的九水合硝酸铁、13mol/L的氢氟酸和去离子水组成)，反应釜填充度为83％；c)将反应釜放入干燥箱中，升温到142℃，保温45分钟，从干燥箱中取出后冷却60分钟开盖，之后冷却到室温从反应釜中取出腐蚀好的硅片，用去离子水反复冲洗后自然晾干；d)：将晾干后的硅片在(NH4)2S与乙醇混合溶液中(其中，(NH4)2S与乙醇的体积比为1:200)浸泡1min，之后在紫外灯下激发照射20min，进行催化氧化和氮钝化反应，得到纳米孔柱硅片；
步骤(B)：两步法生长硼掺杂硫化镉/硅纳米孔柱异质结的制备及后处理
以步骤(A)中所得纳米孔柱硅片为衬底，利用化学水浴沉积技术在其上沉积硼掺杂硫化镉纳米薄膜，具体步骤为：
a)将醋酸镉和硼酸(其中，硼镉元素的摩尔比为0.1)溶于去离子水中，配制成溶液A；将硫脲溶于去离子水中，配置成溶液B；先将溶液A与氨水混合，水浴加热至45℃，然后再与溶液B混合，水浴加热至50℃得到反应溶液；b)将衬底纳米孔柱硅片竖直放入反应溶液中，在50℃下保温20min；反应结束后将硅片取出用去离子水反复冲洗，将清洗后的纳米孔柱硅片放入干燥箱中80℃干燥20分钟；c)将干燥后的纳米孔柱硅片再置于温度为70℃的反应溶液中，保温20min；反应结束后将硅片取出用去离子水反复冲洗，将清洗后的纳米孔柱硅片放入干燥箱中80℃干燥20分钟；d)将经清洗后的纳米孔柱硅片在0.025mol/L的醋酸镉溶液中浸泡13min，取出后立即置于氮气气氛中在500℃条件下退火30min，即在纳米孔柱硅片两个表面制备得到硼掺杂的硫化镉纳米薄膜，得到具有硼掺杂硫化镉/硅纳米孔柱异质结的硅片；e)依次采用稀盐酸和饱和氢氧化钠溶液对生长有硼掺杂硫化镉纳米薄膜的纳米孔柱硅片的任意一侧表面进行腐蚀清洗，直至去除硼掺杂硫化镉纳米薄膜，表面变为银灰色，最后再用去离子水冲洗干净；
步骤(C)：电极制备
利用真空蒸镀法在制备有硼掺杂硫化镉纳米薄膜的硅片的一侧沉积厚度为100nm的AZO透明导电薄膜作为负极，在硅片的另一侧(即去掉硼掺杂硫化镉纳米薄膜的一侧)沉积厚度为600nm的铝膜作为正极，之后放入氩气氛围中400℃退火1h，即得到硼掺杂硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池。
利用上述方法制备得到的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的结构如图1所示，其中，P型硅片10表面有纳米孔柱20，纳米孔柱20表面沉积有硼掺杂硫化镉纳米薄膜，在硼掺杂硫化镉纳米薄膜一侧覆盖有透明导电薄膜30，在P型硅片的底部设有铝膜40。
实施例2
本实施例是一种硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤(A)：纳米孔柱硅片的制备及后处理
a)首先将P型重掺杂单晶硅片放入丙酮或乙醇溶液中浸泡5min，以去除表面有机污染物，然后用标准的RCA清洗流程在对其进行深度清洗；b)将清洗后的硅片固定在样品架上，竖直放入水热反应釜中，在反应釜中注入配置好的腐蚀液(该腐蚀液由0.025mol/L的九水合硝酸铁、11mol/L的氢氟酸和去离子水组成)，反应釜填充度为78％；c)将反应釜放入干燥箱中，升温到140℃，保温50分钟，从干燥箱中取出后冷却50分钟开盖，之后冷却到室温从反应釜中取出腐蚀好的硅片，用去离子水反复冲洗后自然晾干；d)：将晾干后的硅片在(NH4)2S与乙醇混合溶液中(其中，(NH4)2S与乙醇的体积比为1:180)浸泡2min，之后在紫外灯下激发照射15min，进行催化氧化和氮钝化反应，得到纳米孔柱硅片；
步骤(B)：两步法生长硼掺杂硫化镉/硅纳米孔柱异质结的制备及后处理
以步骤(A)中所得纳米孔柱硅片为衬底，利用化学水浴沉积技术在其上沉积硼掺杂硫化镉纳米薄膜，具体步骤为：
a)将醋酸镉和硼酸(其中，硼镉元素的摩尔比为0.01)溶于去离子水中，配制成溶液A；将硫脲溶于去离子水中，配置成溶液B；先将溶液A与氨水混合，水浴加热至40℃，然后再与溶液B混合，水浴加热至48℃得到反应溶液；b)将衬底纳米孔柱硅片竖直放入反应溶液中，在48℃下保温20min；反应结束后将硅片取出用去离子水反复冲洗，将清洗后的纳米孔柱硅片放入干燥箱中80℃干燥20分钟；c)将干燥后的纳米孔柱硅片再置于温度为68℃的反应溶液中，保温20min；反应结束后将硅片取出用去离子水反复冲洗，将清洗后的纳米孔柱硅片放入干燥箱中80℃干燥20分钟；d)将经清洗后的纳米孔柱硅片在0.022mol/L的醋酸镉溶液中浸泡15min，取出后立即置于氮气气氛中在450℃条件下退火35min，即在纳米孔柱硅片两个表面制备得到硼掺杂的硫化镉纳米薄膜，得到具有硼掺杂硫化镉/硅纳米孔柱异质结的硅片；e)依次采用稀盐酸和饱和氢氧化钠溶液对生长有硼掺杂硫化镉纳米薄膜的纳米孔柱硅片的任意一侧表面进行腐蚀清洗，直至去除硼掺杂硫化镉纳米薄膜，表面变为银灰色，最后再用去离子水冲洗干净；
步骤(C)：电极制备
利用真空蒸镀法在制备有硼掺杂硫化镉纳米薄膜的硅片的一侧沉积厚度为90nm的AZO透明导电薄膜作为负极，在硅片的另一侧(即去掉硼掺杂硫化镉纳米薄膜的一侧)沉积厚度为570nm的铝膜作为正极，之后放入氩气氛围中400℃退火0.8h，即得到硼掺杂硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池。
实施例3
本实施例是一种硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤(A)：纳米孔柱硅片的制备及后处理
a)首先将P型重掺杂单晶硅片放入丙酮或乙醇溶液中浸泡8min，以去除表面有机污染物，然后用标准的RCA清洗流程在对其进行深度清洗；b)将清洗后的硅片固定在样品架上，竖直放入水热反应釜中，在反应釜中注入配置好的腐蚀液(该腐蚀液由0.032mol/L的九水合硝酸铁、14mol/L的氢氟酸和去离子水组成)，反应釜填充度为80％；c)将反应釜放入干燥箱中，升温到138℃，保温55分钟，从干燥箱中取出后冷却75分钟开盖，之后冷却到室温从反应釜中取出腐蚀好的硅片，用去离子水反复冲洗后自然晾干；d)：将晾干后的硅片在(NH4)2S与乙醇混合溶液中(其中，(NH4)2S与乙醇的体积比为1:220)浸泡2min，之后在紫外灯下激发照射15min，进行催化氧化和氮钝化反应，得到纳米孔柱硅片；
步骤(B)：两步法生长硼掺杂硫化镉/硅纳米孔柱异质结的制备及后处理
以步骤(A)中所得纳米孔柱硅片为衬底，利用化学水浴沉积技术在其上沉积硼掺杂硫化镉纳米薄膜，具体步骤为：
a)将醋酸镉和硼酸(其中，硼镉元素的摩尔比为0.001)溶于去离子水中，配制成溶液A；将硫脲溶于去离子水中，配置成溶液B；先将溶液A与氨水混合，水浴加热至42℃，然后再与溶液B混合，水浴加热至52℃得到反应溶液；b)将衬底纳米孔柱硅片竖直放入反应溶液中，在52℃下保温25min；反应结束后将硅片取出用去离子水反复冲洗，将清洗后的纳米孔柱硅片放入干燥箱中85℃干燥15分钟；c)将干燥后的纳米孔柱硅片再置于温度为73℃的反应溶液中，保温17min；反应结束后将硅片取出用去离子水反复冲洗，将清洗后的纳米孔柱硅片放入干燥箱中85℃干燥15分钟；d)将经清洗后的纳米孔柱硅片在0.027mol/L的醋酸镉溶液中浸泡20min，取出后立即置于氮气气氛中在520℃条件下退火25min，即在纳米孔柱硅片两个表面制备得到硼掺杂的硫化镉纳米薄膜，得到具有硼掺杂硫化镉/硅纳米孔柱异质结的硅片；e)依次采用稀盐酸和饱和氢氧化钠溶液对生长有硼掺杂硫化镉纳米薄膜的纳米孔柱硅片的任意一侧表面进行腐蚀清洗，直至去除硼掺杂硫化镉纳米薄膜，表面变为银灰色，最后再用去离子水冲洗干净；
步骤(C)：电极制备
利用真空蒸镀法在制备有硼掺杂硫化镉纳米薄膜的硅片的一侧沉积厚度为110nm的AZO透明导电薄膜作为负极，在硅片的另一侧(即去掉硼掺杂硫化镉纳米薄膜的一侧)沉积厚度为6200nm的铝膜作为正极，之后放入氩气氛围中370℃退火1.4h，即得到硼掺杂硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池。
对比例1
本实施例是一种硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，其与实施例1的不同之处在于，利用化学水浴沉积技术在其上沉积硼掺杂硫化镉纳米薄膜的具体步骤不同，该沉积过程的步骤包括：
a)将醋酸镉和硼酸(其中，硼镉元素的摩尔比为0.1)溶于去离子水中，配制成溶液A；将硫脲溶于去离子水中，配置成溶液B；先将溶液A与氨水混合，水浴加热至45℃，然后再与溶液B混合，水浴加热至70℃得到反应溶液；b)将衬底纳米孔柱硅片竖直放入反应溶液中，在70℃下保温20min；反应结束后将硅片取出用去离子水反复冲洗，将清洗后的纳米孔柱硅片放入干燥箱中80℃干燥30分钟；c)将经清洗后的纳米孔柱硅片在0.025mol/L的醋酸镉溶液中浸泡13min，取出后立即置于氮气气氛中在500℃条件下退火30min，即在纳米孔柱硅片两个表面制备得到硼掺杂的硫化镉纳米薄膜，得到具有硼掺杂硫化镉/硅纳米孔柱异质结的硅片；d)依次采用稀盐酸和饱和氢氧化钠溶液对生长有硼掺杂硫化镉纳米薄膜的纳米孔柱硅片的任意一侧表面进行腐蚀清洗，直至去除硼掺杂硫化镉纳米薄膜，表面变为银灰色，最后再用去离子水冲洗干净。
除此之外，其余步骤和工艺参数与实施例1相同。
对利用实施例1和对比例1提供的制备方法得到的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池进行性能检测，包括表面形貌、光学性能、电学性能和光伏性能，对比结果见图2-7所示。
从图2-图4所示的电镜结构图可以看出，利用对比例1提供的制备得到的硫化镉纳米薄膜生长速率较快，薄膜过厚，表面粗糙，且有大量大块硫化镉颗粒团聚体散落在其表面，成膜均匀性和致密性较差。而利用实施例1提供的制备方法得到的硫化镉纳米薄膜生长速率缓慢可控，薄膜厚度适中，薄膜表面颗粒大小均匀，表面光滑，结晶质量好，致密度高，与基底的结合力好。
从图5所示的反射率曲线可知，利用对比例1提供的制备得到的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的反射带边缓慢增加，这是由于硫化镉纳米薄膜颗粒均匀性差导致；另外，对比例中的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的短波长部分反射率较实施例1中的高，其短波带吸收效果差。而利用实施例1提供的制备方法得到的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的反射带边陡峭竖直，这是由于硫化镉纳米薄膜质量高，颗粒均匀，带隙值大，缺陷浓度低所致；且实施例1中的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的短波吸收性好。
从图6所示的不同电压下的暗电流密度可知，利用对比例1提供的制备得到的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的反向截止电压小，易击穿；开启电压低，不利于光生载流子的分离，理想因子为10.6。而利用实施例1提供的制备方法得到的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的反向截止电压高，不易击穿，器件耐受性好，寿命更长；开启电压高，有利于光生载流子的分离；理想因子为8.3，理想因子降低，界面缺陷浓度降低，界面质量提高。
从图7所示的光伏特性可知，利用对比例1提供的制备得到的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的短路电流密度为0.065mA/cm2，开路电压为0.2V，填充因子为0.189，能量转换效率为0.082％。而利用实施例1提供的制备方法得到的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的短路电流密度为0.815mA/cm2，开路电压为0.231V，填充因子为0.243，能量转换效率为0.164％。
由上述分析可知，采用本发明提供的制备方法得到的硼掺杂硫化镉纳米薄膜的质量明显提高，电池载流子分离、传输与收集能力提升，开路电压和短路电流增加，电池效率提升一个数量级。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (25)
1.一种硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括用两步法在纳米孔柱硅片表面制备硫化镉纳米薄膜的步骤；
所述两步法制备硼掺杂硫化镉纳米薄膜包括以下步骤：
步骤a)：将醋酸镉和硼酸溶于去离子水中形成溶液A；将硫脲溶于去离子水中形成溶液B；先将溶液A与氨水混合加热至38-40℃，再与溶液B混合，并加热至40-55℃，得到反应溶液；
步骤b)：将纳米孔柱硅片置于反应溶液中进行反应，反应温度40-55℃，反应15-25min，反应结束后进行清洗；
步骤c)：将步骤b)中经清洗后的纳米孔柱硅片再次置于反应溶液中进行反应，反应温度为65-85℃，反应时间为15-25min，反应结束后进行清洗；
步骤d)：将步骤c)中经清洗后的纳米孔柱硅片在0.022-0.028mol/L的醋酸镉溶液中浸泡13-20min，取出后置于氮气气氛中进行退火处理，即在纳米孔柱硅片两表面制备得到硼掺杂硫化镉纳米薄膜，得到硼掺杂硫化镉/硅纳米孔柱状异质结；
步骤e)依次采用稀盐酸和饱和氢氧化钠溶液对生长有硼掺杂硫化镉纳米薄膜的纳米孔柱硅片的任意一侧表面进行腐蚀清洗，直至去除硼掺杂硫化镉纳米薄膜。
2.根据权利要求1所述的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述硫化镉纳米薄膜为硼掺杂硫化镉纳米薄膜。
3.根据权利要求2所述的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述硼掺杂硫化镉纳米薄膜中硼元素与镉元素的摩尔比为(0.001-0.1):1。
4.根据权利要求1所述的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤d)中退火处理时的退火温度为450-550℃，退火时间为25-35min。
5.根据权利要求1所述的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，其特征在于，纳米孔柱硅片的制备方法包括：用水热腐蚀法在P型硅片表面制备出柱状结构，然后再在制备出柱状结构的P型硅片表面进行氧化钝化，得到纳米孔柱硅片。
6.根据权利要求5所述的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述水热腐蚀法包括以下步骤：对P型硅片进行清洗，清洗后放入水热反应釜中进行反应，反应结束后在P型硅片表面得到柱状结构。
7.根据权利要求6所述的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述清洗包括先将P型硅片放入丙酮或乙醇溶液中浸泡，然后再利用RCA标准清洗法进行清洗。
8.根据权利要求7所述的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，其特征在于，反应釜中的腐蚀液包括：0.025-0.035mol/L的九水合硝酸铁、11-14mol/L的氢氟酸和去离子水，其中反应釜填充度为75％-83％。
9.根据权利要求7所述的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，其特征在于，反应釜的反应温度为135-145℃，反应时间为40-55min。
10.根据权利要求7所述的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，其特征在于，反应结束常温静置40-80min再取出硅片。
11.根据权利要求10所述的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，其特征在于，取出硅片后包括清洗的步骤。
12.根据权利要求11所述的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，其特征在于，用去离子水进行清洗。
13.根据权利要求5所述的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述氧化钝化的步骤包括：先将制备出柱状结构的P型硅片置于硫化铵和乙醇的混合溶液中浸泡，之后进行紫外激发，得到纳米孔柱硅片。
14.根据权利要求13所述的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，其特征在于，硫化铵和乙醇的混合溶液中硫化铵与乙醇的体积比为1：(180-220)。
15.根据权利要求13所述的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述浸泡时间为1-3min。
16.根据权利要求13所述的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述紫外激发时间为15-30min。
17.根据权利要求1所述的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，其特征在于，在纳米孔柱硅片表面制备得到硫化镉纳米薄膜后包括制备正负电极的步骤。
18.根据权利要求17所述的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，其特征在于，利用真空蒸镀法或磁控溅射法制备正负电极。
19.根据权利要求17所述的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，其特征在于，正电极包括铝膜。
20.根据权利要求19所述的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述铝膜的厚度为550-650nm。
21.根据权利要求17所述的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，其特征在于，负电极包括透明导电薄膜。
22.根据权利要求21所述的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，其特征在于，负电极为ITO导电膜或AZO导电膜。
23.根据权利要求21或者22所述的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述透明导电薄膜的厚度为90-110nm。
24.根据权利要求17所述的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池的制备方法，其特征在于，将制备正负极后得到的太阳能电池片置于氩气氛围中并在350-450℃条件下退火0.5-1.5h。
25.一种根据权利要求1-24任一项所述的制备方法制备得到的硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711038219.0A CN107833932B (zh) | 2017-10-30 | 2017-10-30 | 硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711038219.0A CN107833932B (zh) | 2017-10-30 | 2017-10-30 | 硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107833932A CN107833932A (zh) | 2018-03-23 |
| CN107833932B true CN107833932B (zh) | 2019-07-23 |
Family
ID=61651066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711038219.0A Expired - Fee Related CN107833932B (zh) | 2017-10-30 | 2017-10-30 | 硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107833932B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109695024B (zh) * | 2019-01-10 | 2021-02-09 | 平顶山学院 | 一种界面Cd嵌入CdS/Si异质结的制备方法 |
| CN110061108B (zh) * | 2019-05-10 | 2020-12-01 | 河南理工大学 | 高性能的铝掺杂硫化镉硅基异质结发光二极管的制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101853901A (zh) * | 2010-05-25 | 2010-10-06 | 陕西科技大学 | 一种自组装制备硫化镉纳米薄膜的方法 |
| CN102148279A (zh) * | 2011-01-15 | 2011-08-10 | 郑州大学 | 基于ⅱ-ⅵ族化合物半导体/硅纳米孔柱阵列的太阳能电池及其制备方法 |
| CN102299211A (zh) * | 2011-09-21 | 2011-12-28 | 上海大学 | 二步法硫化镉薄膜制备方法 |
| CN106374011A (zh) * | 2016-11-07 | 2017-02-01 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 一种硫化镉敏化硅纳米线复合材料及制备和应用 |
-
2017
- 2017-10-30 CN CN201711038219.0A patent/CN107833932B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101853901A (zh) * | 2010-05-25 | 2010-10-06 | 陕西科技大学 | 一种自组装制备硫化镉纳米薄膜的方法 |
| CN102148279A (zh) * | 2011-01-15 | 2011-08-10 | 郑州大学 | 基于ⅱ-ⅵ族化合物半导体/硅纳米孔柱阵列的太阳能电池及其制备方法 |
| CN102299211A (zh) * | 2011-09-21 | 2011-12-28 | 上海大学 | 二步法硫化镉薄膜制备方法 |
| CN106374011A (zh) * | 2016-11-07 | 2017-02-01 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 一种硫化镉敏化硅纳米线复合材料及制备和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107833932A (zh) | 2018-03-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110783464B (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN107946393B (zh) | 基于SnTe作为背电极缓冲层的CdTe薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| CN111668377B (zh) | 一种以Mo-二氧化锡作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN110120455A (zh) | 一种基于双效种子生长法的钙钛矿光伏薄膜制备方法 | |
| CN103367513A (zh) | 一种多晶硅薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| CN108539026B (zh) | 一种具有微米管阵列结构的钙钛矿薄膜的制备方法 | |
| CN107833932B (zh) | 硫化镉/硅纳米孔柱太阳能电池及其制备方法 | |
| CN116234331A (zh) | 基于苯甲酰胺溴修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN105576132B (zh) | 基于上转化材料掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN102376783B (zh) | 一种具有表面自织构结构的氧化亚铜太阳能电池及其制备方法 | |
| CN112563118B (zh) | In掺杂CdS薄膜、制备方法及制备的CIGS电池 | |
| CN111668378B (zh) | 一种以v-二氧化锡作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN111129310B (zh) | 一种引入辣椒素的钙钛矿薄膜制备方法 | |
| CN113421969A (zh) | 一种hf改性二氧化锡作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN110634974B (zh) | 一种三明治结构全氧化物无铅铁电光伏器件及其制备方法 | |
| CN108336177B (zh) | 一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| CN103924306B (zh) | 一种硅异质结太阳电池的制绒方法 | |
| CN107785459B (zh) | 硫化镉量子点/硅纳米孔柱太阳能电池及其制备方法 | |
| CN112736150B (zh) | 一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| CN108550657A (zh) | 一种提高碲化镉太阳能电池性能的方法 | |
| CN109273541B (zh) | 一种双钙钛矿柔性铁电薄膜及其制备方法 | |
| CN108493299A (zh) | Azo透明导电薄膜及其制备方法和应用 | |
| CN113964274A (zh) | 含Al掺杂ZnO纳米棒阵列的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN114038945A (zh) | 一种单面ald方式制备新型perc电池的方法 | |
| CN111876809A (zh) | 一种硒化锑薄膜的制备方法及应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190723 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |