CN109616541A - 过渡金属硫族化合物横向同质结太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了过渡金属硫族化合物横向同质结太阳能电池及其制备方法，属于半导体材料领域。包括绝缘衬底、电极A、电极B、n型过渡金属硫族化合物膜和p型过渡金属硫族化合物膜；所述电极A和电极B分别位于绝缘衬底两端；n型过渡金属硫族化合物膜和p型过渡金属硫族化合物膜由相同化合物组成，横向连接形成p‑n结。本发明采用激光合成法制备n型过渡金属硫族化合物膜，横向同质p‑n结有效降低了p‑n结的晶格失配率，减小了界面缺陷；电极与薄膜功函数匹配，形成良好欧姆接触；电极与薄膜以范德瓦尔斯力结合，可有效避免电极制备工艺对薄膜的损害，以及由此引发的应力及金属扩散等问题发生，使薄膜应用于太阳能电池的转换效率得到提高。
Description
技术领域
本发明属于半导体材料领域，更具体地，涉及一种过渡金属硫族化合物横向同质结太阳能电池及其制备方法。
背景技术
随着世界各国对能源需求的不断增长和环境保护的日益加强，清洁能源的推广应用已成必然趋势。清洁与可再生能源分为海洋能、太阳能、风能、氢能、生物质能、地热能等。其中太阳能将太阳的光能转换成为其他形式的热能、电能、化学能，能源转换过程中不产生其他有害的气体或固体废料，是一种环保、安全、无污染的新型能源。
垂直堆叠的范德华层状二维材料由于其卓越的电气和光学特性，非常适于发展例如二极管，光电探测器，太阳能电池等超薄电子器件而受到了广泛关注。由于在层状二维材料的生长和转移技术上的进步，所有采用石墨烯电极和过渡金属二硫化物(TMDs)半导体的层状二维材料器件已成功实现垂直堆叠的方式，揭开了纳米技术研究的新时代。然而，垂直堆叠的异质结不可避免地会产生晶格失配和界面缺陷问题，会影响到器件的光学及电学性能。尽管目前已有二维TMDs异质结的直接外延生长方法来避免这些问题，但其制备过程复杂，温度较难控制，抑制了理想p-n结的形成。此外，通常采用电子束蒸发工艺制备的电极，在金属沉积的过程中，会对过渡金属硫族化合物薄膜引发缺陷、应力及金属扩散等问题。
发明内容
本发明解决了现有技术中过渡金属硫族化合物膜半导体材料在形成p-n结的过程中存在的晶格失配率高、界面缺陷大，电极在制备过程中对薄膜造成的损害、应力和金属扩散，以及电极与薄膜的功函数不匹配而不能形成良好欧姆接触方面的技术问题。
按照本发明的第一方面，提供了一种过渡金属硫族化合物横向同质结太阳能电池，所述横向同质结太阳能电池包括绝缘衬底、电极A、电极B、n型过渡金属硫族化合物膜和p型过渡金属硫族化合物膜；所述电极A和电极B位于绝缘衬底的绝缘表面，且电极A和电极B相互不接触；所述n型过渡金属硫族化合物膜的一部分位于电极A的上部，使部分电极A与n型过渡金属硫族化合物膜接触；所述n型过渡金属硫族化合物膜位于电极A上部以外的部分位于绝缘衬底绝缘表面上；所述p型过渡金属硫族化合物膜的一部分位于电极B上部，使部分电极B与p型过渡金属硫族化合物膜接触；所述p型过渡金属硫族化合物膜位于电极B上部以外的部分位于绝缘衬底绝缘表面上；所述n型过渡金属硫族化合物膜和p型过渡金属硫族化合物膜在绝缘衬底绝缘表面上横向连接形成p-n结；所述n型过渡金属硫族化合物膜和p型过渡金属硫族化合物膜由相同过渡金属硫族化合物组成。
优选地，所述电极A与n型过渡金属硫族化合物膜通过范德瓦尔斯力结合；所述电极B与p型过渡金属硫族化合物膜通过范德瓦尔斯力结合。
优选地，所述电极A为Ag金属层、Ti金属层或Al金属层；所述电极B为Pt金属层、Au金属层或Pd金属层；所述电极A和电极B的厚度为10nm～100nm。
优选地，所述n型过渡金属硫族化合物膜为n型MoS2膜；所述p型过渡金属硫族化合物膜为p型MoS2膜；所述n型过渡金属硫族化合物膜和p型过渡金属硫族化合物膜的厚度为5nm～20nm。
优选地，所述绝缘衬底为具有二氧化硅绝缘层的硅衬底，所述二氧化硅绝缘层的厚度为50nm～300nm。
按照本发明的另一方面，提供了一种过渡金属硫族化合物横向同质结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)在绝缘衬底绝缘表面的其中一端蒸镀电极A，另外一端蒸镀电极B，所述电极A和电极B互相不接触，得到样品A；
(2)在具有二氧化硅绝缘层的硅衬底上制备n型过渡金属硫族化合物膜，在该n型过渡金属硫族化合物膜上旋涂溶胶，然后将胶体和n型过渡金属硫族化合物膜撕下，转移至步骤(1)中所述样品A上，然后去除溶胶，得到样品B；所述n型过渡金属硫族化合物膜两端分别位于电极A和电极B上部，使部分电极A和部分电极B与n型过渡金属硫族化合物膜接触；所述n型过渡金属硫族化合物膜位于电极A和电极B上部以外的部分与所述绝缘衬底的绝缘表面接触；
(3)在所述n型过渡金属硫族化合物膜上旋涂光刻胶，经掩膜版曝光及显影后，得到n型过渡金属硫族化合物膜至少在电极B上部的部分暴露在外，且不是全部暴露在外的样品C，将暴露在外的n型过渡金属硫族化合物膜采用氧等离子体进行掺杂，然后去除光刻胶，得到样品D；
(4)将样品D置于惰性气体环境中退火，温度为400℃～800℃，时间为40min～60min，未受光刻胶保护处即生成p型过渡金属硫族化合物膜，与受光刻胶保护的未经掺杂的n型过渡金属硫族化合物膜形成横向p-n结，即得到过渡金属硫族化合物膜横向同质结太阳能电池。
优选地，步骤(1)所述电极A为Ag电极、Ti电极或Al电极；步骤(1)所述电极B为Pt电极、Au电极或Pd电极。
优选地，步骤(2)所述旋涂溶胶为先旋涂聚乙烯吡咯烷酮，再旋涂聚乙烯醇。
优选地，步骤(2)和步骤(3)所述n型过渡金属硫族化合物膜为n型MoS2膜，步骤(4)所述p型过渡金属硫族化合物膜为p型MoS2膜。
优选地，步骤(2)采用激光合成法制备n型过渡金属硫族化合物膜。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
(1)本发明所制备的过渡金属硫族化合物薄膜横向同质结，采用激光合成法制备n型过渡金属硫族化合物，与掺杂后得到的p型过渡金属硫族化合物形成横向同质p-n结来构造太阳能电池，有效降低了p-n结的晶格失配率，减小了界面缺陷；且该结构使整个耗尽区暴露在光下，具有极好的全向采光特性。
(2)本发明所制备的过渡金属硫族化合物薄膜横向同质结，采用激光合成法制备的过渡金属硫族化合物薄膜，可通过控制反应源的用量配比来控制生成膜的厚度，增大横向同质结的面积，增强了光吸收率。
(3)本发明所制备的过渡金属硫族化合物薄膜横向同质结，通过将金属电极与过渡金属硫族化合物薄膜以范德瓦尔斯力结合，可有效避免电极制备工艺对过渡金属硫族化合物薄膜的损害，以及由此引发的应力及金属扩散等问题发生，使过渡金属硫族化合物同质结薄膜应用于太阳能电池的转换效率得到提高。
(4)本发明所制备的过渡金属硫族化合物薄膜横向同质结，制备电极所用的金属与过渡金属硫族化合物薄膜功函数匹配，形成良好欧姆接触，使得当有电流通过时，欧姆接触上的电压降远小于所制备器件本身的电压降，从而不影响器件的电流-电压特性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种硫化钼薄膜横向同质结太阳能电池结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种硫化钼薄膜横向同质结太阳能电池的结构流程图；
图3为本发明实施例提供的一种硫化钼薄膜横向同质结太阳能电池的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
具体地，如图1所示，所述横向同质结太阳能电池包括绝缘衬底1、电极A2、电极B3、n型过渡金属硫族化合物膜4和p型过渡金属硫族化合物膜5；所述电极A2和电极B3分别位于绝缘衬底1绝缘表面的两端，且电极A2和电极B3相互不接触；所述n型过渡金属硫族化合物膜4的一部分位于电极A2的上部，使部分电极A 2与n型过渡金属硫族化合物膜4接触；所述n型过渡金属硫族化合物膜4位于电极A 2上部以外的部分位于绝缘衬底1绝缘表面上；所述p型过渡金属硫族化合物膜5的一部分位于电极B3上部，使部分电极B 3与p型过渡金属硫族化合物膜5接触；所述p型过渡金属硫族化合物膜5位于电极B 3上部以外的部分位于绝缘衬底1绝缘表面上；所述n型过渡金属硫族化合物膜4和p型过渡金属硫族化合物膜5在绝缘衬底1绝缘表面上横向连接形成p-n结；n型过渡金属硫族化合物膜4和p型过渡金属硫族化合物膜5由相同过渡金属硫族化合物组成。
优选地，所述电极A 2与n型过渡金属硫族化合物膜4通过范德瓦尔斯力结合；所述电极B 3与p型过渡金属硫族化合物膜5通过范德瓦尔斯力结合；所述电极A 2与n型过渡金属硫族化合物膜4的功函数匹配，为欧姆接触，所述电极B 3与p型过渡金属硫族化合物膜5的功函数匹配，为欧姆接触。
优选地，所述电极A 2为Ag金属层、Ti金属层或Al金属层；所述电极A3为Pt金属层、Au金属层或Pd金属层；所述电极A 2和电极A 3的厚度为10nm～100nm。
优选地，所述n型过渡金属硫族化合物膜4为n型MoS2膜；所述p型过渡金属硫族化合物膜5为p型MoS2膜；所述n型过渡金属硫族化合物膜4和p型过渡金属硫族化合物膜5的厚度为5nm～20nm。
优选地，所述绝缘衬底1为具有二氧化硅绝缘层的硅衬底，所述二氧化硅绝缘层的厚度为50nm～300nm。
本发明一种过渡金属硫族化合物膜横向同质结的制备方法，包括以下步骤：
(1)在绝缘衬底A绝缘表面的其中一端蒸镀电极A，另外一端蒸镀电极B，所述电极A和电极B互相不接触，得到样品A；
(2)在具有二氧化硅绝缘层的硅衬底B上制备n型过渡金属硫族化合物膜，在该n型过渡金属硫族化合物膜上旋涂溶胶，然后将胶体及下层的n型过渡金属硫族化合物膜撕下，转移至步骤(1)中所述样品A上，然后去除溶胶，得到样品B；所述n型过渡金属硫族化合物膜两端分别位于电极A和电极B上部，使部分电极A和至少部分电极B与n型过渡金属硫族化合物膜接触；所述n型过渡金属硫族化合物膜位于电极A和电极B上部以外的部分与所述绝缘衬底的绝缘表面接触；
(3)在所述n型过渡金属硫族化合物膜上旋涂光刻胶，经掩膜版曝光及显影后，得到n型过渡金属硫族化合物膜至少在电极B上部的部分暴露在外，且不是全部暴露在外的样品C，将暴露在外的n型过渡金属硫族化合物膜采用氧等离子体进行掺杂，然后去除光刻胶，得到样品D；
(4)将样品D置于惰性气体环境中退火，温度为400℃～800℃，时间为40min～60min，未受光刻胶保护处即生成p型过渡金属硫族化合物膜，与受光刻胶保护的未经掺杂的n型过渡金属硫族化合物膜形成横向p-n结，即得到过渡金属硫族化合物膜横向同质结太阳能电池。
优选地，步骤(1)所述电极A为Ag电极、Ti电极或Al电极；步骤(1)所述电极B为Pt电极、Au电极或Pd电极；步骤(3)所述旋涂溶胶为先旋涂聚乙烯吡咯烷酮PVP，然后再旋涂聚乙烯醇PVA；步骤(2)和步骤(3)所述n型过渡金属硫族化合物膜为n型MoS2膜，步骤(4)所述p型过渡金属硫族化合物膜为p型MoS2膜。
优选地，步骤(2)采用激光合成法制备n型过渡金属硫族化合物膜。
在本制备方法中，先采用电子束蒸发工艺对带有二氧化硅绝缘层的硅衬底制备Ag电极与Pt电极，再将由激光合成法制备的n型硫化钼薄膜转移至已制备好电极的硅衬底上。由光刻胶遮挡住与Ag电极端接触的n型硫化钼薄膜，对未被光刻胶遮挡的部分，即与Pt电极端接触的硫化钼薄膜采用氧等离子体进行掺杂，得到p型硫化钼薄膜，后经去除光刻胶与退火处理，使掺杂后得到的p型硫化钼薄膜与受光刻胶保护的n型硫化钼薄膜形成横向p-n结，有效降低了p-n结的界面缺陷，同时也避免了电极制备工艺对硫化钼薄膜的损害，以及由此引发的应力及金属扩散等问题发生，提高了器件性能。
以下结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
图2是本发明所实施的硫化钼薄膜横向同质结制备结构流程图，主要反映器件结构形成过程。其中序号表示相应工艺：
①蒸镀Ag电极；②蒸镀Pt电极；③转移；④去除PVP/PVA；⑤光刻胶保护；⑥氧等离子体掺杂；⑦去除光刻胶；⑧退火。
图3是本发明实例提供的硫化钼薄膜横向同质结太阳能电池制备工艺流程图，结合图2中的器件结构制备流程。首先对带有二氧化硅氧化层的硅片衬底进行清洗，分别用去离子水、丙酮、无水乙醇、超声清洗3min～5min后，干燥。然后采用电子束蒸发工艺于带有二氧化硅绝缘层的硅衬底上表面制备Ag电极与Pt电极，其厚度均为10nm～100nm。将激光合成法制备的n型硫化钼薄膜转移至已制备好电极的硅衬底上，与金属电极以范德瓦尔斯力结合。之后用光刻胶保护住与Ag电极端接触的硫化钼薄膜，对未经光刻胶保护的部分，即与Pt电极端接触的硫化钼薄膜进行溅射掺杂，溅射功率5W～50W，后经过去除光刻胶及退火，退火温度为400℃～800℃，时间为40min～60min，得到p型硫化钼薄膜，与由光刻胶保护的n型硫化钼薄膜形成横向p-n结，得到硫化钼薄膜横向同质结太阳能电池。
本发明提供的硫化钼薄膜横向同质结太阳能电池制备方法具体实验步骤如下：
(1)清洗两片单侧具有二氧化硅绝缘层的硅片，二氧化硅绝缘层厚度为50nm～300nm。将其置于去离子水中，超声清洗3min～5min，再置于丙酮溶液中，超声清洗3min～5min，后置于无水乙醇中，超声清洗3min～5min，两片分别记为A、B；
(2)将相应Ag电极结构的掩膜版置于A上，采用电子束蒸发工艺蒸镀Ag电极，厚度为10nm～100nm，获得样品C；
(3)将相应Pt电极结构的掩膜版置于C上，采用电子束蒸发工艺蒸镀Pt电极，厚度为10nm～100nm，获得样品D；
(4)采用激光合成法制备硫化钼薄膜。称取硫脲100mg～350mg，五氯化钼20mg～110mg，混合后加入2ml～6.5ml异丙醇，密封后进行磁力搅拌，温度为50℃～70℃，转速1500r～2000r，时长1h～2h。吸取制备好的溶液，滴入步骤(1)所述的硅片B上，采用激光照射，功率为200mJ/mm2～300mJ/mm2，脉冲个数为300个～4500个，重复频率为2Hz～4Hz，获得n型硫化钼薄膜，记为样品E；
(5)将样品E置于去离子水中，超声清洗30s～60s，再置于无水乙醇中，超声清洗30s～60s。在其上表面旋涂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶胶，先保持低速旋转300rpm～500rpm，旋转时间为10s～30s，再保持高速旋转1000rpm～3000rpm，旋转时间为20s～40s，置于加热板，设置温度为60℃～100℃，烘烤1min。再旋涂聚乙烯醇(PVA)溶胶，先保持低速旋转300rpm～500rpm，旋转时间为10s～30s，再保持高速旋转1000rpm～3000rpm，旋转时间为20s～40s，置于加热板，设置温度为60℃～100℃，烘烤1min，获得样品F；
(6)在样品F上1mm处用小刀刮一条裂缝，用镊子将PVA、PVP及下层的n型硫化钼薄膜一起撕下，置于步骤(3)所述的样品D上，后将放置在温度60℃～70℃的水浴锅中进行水浴加热，除去硫化钼薄膜上的PVP和PVA薄膜并吹干，获得硫化钼薄膜两端分别与Ag电极和Pt电极接触的样品G。
(7)在样品G上滴入AZ5214型号光刻胶，先保持低速旋转300r/min～500r/min，旋转时间为3s，再保持转速为3000r/min～5000r/min，旋转时间为30s，后置于加热板，设置温度为100℃～150℃，烘烤1分钟。采用相应结构的掩膜版，使样品G上与Ag电极端接触的硫化钼薄膜得到遮挡，光源采用350W汞光灯，预曝光5s，曝光15s。后置于二甲苯中浸泡10s～20s，用去离子水冲洗干净，用氮气枪吹干，获得样品H；
(8)采用磁控溅射对样品H上未被光刻胶保护的硫化钼薄膜进行氧等离子体掺杂。溅射气体为高纯O2，溅射腔内的气压为10Pa～20Pa，溅射功率为5W～50W，溅射20s～50s，获得样品I。
(9)将样品I置于光刻胶溶剂NMP溶液中浸泡2小时以去除光刻胶，用去离子水冲洗干净，再用氮气枪吹干，获得样品J。
(10)将样品J置于Ar气氛围中退火，温度设置为度为400℃～800℃，时间为40min～60min，获得掺杂后的p型硫化钼薄膜，与未经掺杂的n型硫化钼薄膜形成横向p-n结，即得到硫化钼薄膜横向同质结太阳能电池。
实施例1
本发明提供的硫化钼薄膜横向同质结太阳能电池制备方法，具体步骤如下：
(1)清洗两片单侧具有二氧化硅绝缘层的硅片，二氧化硅绝缘层厚度为50nm。将其置于去离子水中，超声清洗3min，再置于丙酮溶液中，超声清洗3min，后置于无水乙醇中，超声清洗3min，两片分别记为A、B。
(2)将相应Ag电极结构的掩膜版置于A上，采用电子束蒸发工艺蒸镀Ag电极，厚度为10nm，获得样品C；
(3)将相应Pt电极结构的掩膜版置于C上，采用电子束蒸发工艺蒸镀Pt电极，厚度为10nm，获得样品D；
(4)采用激光合成法制备硫化钼薄膜。称取硫脲100mg，五氯化钼20mg，混合后加入2ml异丙醇，密封后进行磁力搅拌，温度为50℃，转速1500r，时长1h。吸取制备好的溶液，滴入步骤(1)所述的硅片B上，采用激光照射，功率为200mJ/mm2,重复频率为2Hz，获得n型硫化钼薄膜，记为样品E；
(5)将样品E置于去离子水中，超声清洗30s，再置于无水乙醇中，超声清洗30s。在其上表面旋涂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶胶，先保持低速旋转300rpm，旋转时间为10s，再保持高速旋转1000rpm，旋转时间为20s，置于加热板，设置温度为60℃，烘烤1min。再旋涂聚乙烯醇(PVA)溶胶，先保持低速旋转300rpm，旋转时间为10s，再保持高速旋转1000rpm，旋转时间为20s，置于加热板，设置温度为60℃，烘烤1min，获得样品F；
(6)在样品F上1mm处用小刀刮一条裂缝，用镊子将PVA、PVP及下层的n型硫化钼薄膜一起撕下，置于步骤(3)所述的样品D上，后将放置在温度60℃的水浴锅中进行水浴加热，除去硫化钼薄膜上的PVP和PVA薄膜并吹干，获得硫化钼薄膜两端分别与Ag电极和Pt电极接触的样品G。
(7)在样品G上滴入AZ5214型号光刻胶，先保持低速旋转300r/min，旋转时间为3s，再保持转速为3000r/min，旋转时间为30s，后置于加热板，设置温度为100℃，烘烤1分钟。采用相应结构的掩膜版，使样品G上与Ag电极端接触的硫化钼薄膜得到遮挡，光源采用350W汞光灯，预曝光5s，曝光15s。后置于二甲苯中浸泡10s，用去离子水冲洗干净，用氮气枪吹干，获得样品H；
(8)采用磁控溅射对样品H上未被光刻胶保护的硫化钼薄膜进行氧掺杂。溅射气体为高纯O2，溅射腔内的气压为10Pa，溅射功率调为5W，溅射20s，获得样品I。
(9)将样品I置于光刻胶溶剂NMP溶液中浸泡2小时以去除光刻胶，用去离子水冲洗干净，再用氮气枪吹干，获得样品J。
(10)将样品J置于Ar气氛围中退火，温度设置为度为400℃，时间为40min，获得掺杂后的p型硫化钼薄膜，与未经掺杂的n型硫化钼薄膜形成横向p-n结，即得到硫化钼薄膜横向同质结太阳能电池。
实施例2
本发明提供的硫化钼薄膜横向同质结太阳能电池制备方法，具体步骤如下：
(1)清洗两片单侧具有二氧化硅绝缘层的硅片，二氧化硅绝缘层厚度为70nm。将其置于去离子水中，超声清洗5min，再置于丙酮溶液中，超声清洗5min，后置于无水乙醇中，超声清洗5min，两片分别记为A、B。
(2)将相应Ag电极结构的掩膜版置于A上，采用电子束蒸发工艺蒸镀Ag电极，厚度为20nm，获得样品C；
(3)将相应Pt电极结构的掩膜版置于C上，采用电子束蒸发工艺蒸镀Pt电极，厚度为20nm，获得样品D；
(4)采用激光合成法制备硫化钼薄膜。称取硫脲125mg，五氯化钼30mg，混合后加入2.5ml异丙醇，密封后进行磁力搅拌，温度为60℃，转速1600r，时长1.5h。吸取制备好的溶液，滴入步骤(1)所述的硅片B上，采用激光照射，功率为250mJ/mm2，脉冲数量500个，重复频率为4Hz，获得n型硫化钼薄膜，记为样品E；
(5)将样品E置于去离子水中，超声清洗60s，再置于无水乙醇中，超声清洗60s。在其上表面旋涂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶胶，先保持低速旋转500rpm，旋转时间为30s，再保持高速旋转3000rpm，旋转时间为30s，置于加热板，设置温度为70℃，烘烤1min。再旋涂聚乙烯醇(PVA)溶胶，先保持低速旋转500rpm，旋转时间为30s，再保持高速旋转3000rpm，旋转时间为30s，置于加热板，设置温度为70℃，烘烤1min，获得样品F；
(6)在样品F上1mm处用小刀刮一条裂缝，用镊子将PVA、PVP及下层的n型硫化钼薄膜一起撕下，置于步骤(3)所述的样品D上，后将放置在温度65℃的水浴锅中进行水浴加热，除去硫化钼薄膜上的PVP和PVA薄膜并吹干，获得硫化钼薄膜两端分别与Ag电极和Pt电极接触的样品G。
(7)在样品G上滴入AZ5214型号光刻胶，先保持低速旋转500r/min，旋转时间为3s，再保持转速为5000r/min，旋转时间为30s，后置于加热板，设置温度为110℃，烘烤1分钟。采用相应结构的掩膜版，使样品G上与Ag电极端接触的硫化钼薄膜得到遮挡，光源采用350W汞光灯，预曝光5s，曝光15s。后置于二甲苯中浸泡15s，用去离子水冲洗干净，用氮气枪吹干，获得样品H；
(8)采用磁控溅射对样品H上未被光刻胶保护的硫化钼薄膜进行氧掺杂。溅射气体为高纯O2，溅射腔内的气压为15Pa，溅射功率为10W，溅射22s，获得样品I。
(9)将样品I置于光刻胶溶剂NMP溶液中浸泡2小时以去除光刻胶，用去离子水冲洗干净，再用氮气枪吹干，获得样品J。
(10)将样品J置于Ar气氛围中退火，温度设置温度为450℃，时间为42min，获得掺杂后的p型硫化钼薄膜，与未经掺杂的n型硫化钼薄膜形成横向p-n结，即得到硫化钼薄膜横向同质结太阳能电池。
由于制备步骤是相同的，各个实施例之间的区别仅仅是各个参数的区别，上述实例仅仅给出了个别实施例中的参数；具体实例如下表1所示，表1列出了硫化钼薄膜横向同质结太阳能电池的制备方法实施例1～实施例10。
表1
Claims (10)
1.一种过渡金属硫族化合物横向同质结太阳能电池，其特征在于，所述横向同质结太阳能电池包括绝缘衬底(1)、电极A(2)、电极B(3)、n型过渡金属硫族化合物膜(4)和p型过渡金属硫族化合物膜(5)；所述电极A(2)和电极B(3)位于绝缘衬底(1)的绝缘表面，且电极A(2)和电极B(3)相互不接触；所述n型过渡金属硫族化合物膜(4)的一部分位于电极A(2)的上部，使部分电极A(2)与n型过渡金属硫族化合物膜(4)接触；所述n型过渡金属硫族化合物膜(4)位于电极A(2)上部以外的部分位于绝缘衬底(1)绝缘表面上；所述p型过渡金属硫族化合物膜(5)的一部分位于电极B(3)上部，使部分电极B(3)与p型过渡金属硫族化合物膜(5)接触；所述p型过渡金属硫族化合物膜(5)位于电极B(3)上部以外的部分位于绝缘衬底(1)绝缘表面上；所述n型过渡金属硫族化合物膜(4)和p型过渡金属硫族化合物膜(5)在绝缘衬底(1)绝缘表面上横向连接形成p-n结；所述n型过渡金属硫族化合物膜(4)和p型过渡金属硫族化合物膜(5)由相同过渡金属硫族化合物组成。
2.如权利要求1所述的过渡金属硫族化合物横向同质结太阳能电池，其特征在于，所述电极A(2)与n型过渡金属硫族化合物膜(4)通过范德瓦尔斯力结合；所述电极B(3)与p型过渡金属硫族化合物膜(5)通过范德瓦尔斯力结合。
3.如权利要求1所述的过渡金属硫族化合物横向同质结太阳能电池，其特征在于，所述电极A(2)为Ag金属层、Ti金属层或Al金属层；所述电极B(3)为Pt金属层、Au金属层或Pd金属层；所述电极A(2)和电极B(3)的厚度为10nm～100nm。
4.如权利要求1所述的过渡金属硫族化合物横向同质结太阳能电池，其特征在于，所述n型过渡金属硫族化合物膜(4)为n型MoS2膜；所述p型过渡金属硫族化合物膜(5)为p型MoS2膜；所述n型过渡金属硫族化合物膜(4)和p型过渡金属硫族化合物膜(5)的厚度为5nm～20nm。
5.如权利要求1所述的过渡金属硫族化合物横向同质结太阳能电池，其特征在于，所述绝缘衬底(1)为具有二氧化硅绝缘层的硅衬底，所述二氧化硅绝缘层的厚度为50nm～300nm。
6.一种过渡金属硫族化合物横向同质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在绝缘衬底绝缘表面的其中一端蒸镀电极A，另外一端蒸镀电极B，所述电极A和电极B互相不接触，得到样品A；
(2)在具有二氧化硅绝缘层的硅衬底上制备n型过渡金属硫族化合物膜，在该n型过渡金属硫族化合物膜上旋涂溶胶，然后将胶体和n型过渡金属硫族化合物膜撕下，转移至步骤(1)中所述样品A上，然后去除溶胶，得到样品B；所述n型过渡金属硫族化合物膜两端分别位于电极A和电极B上部，使部分电极A和部分电极B与n型过渡金属硫族化合物膜接触；所述n型过渡金属硫族化合物膜位于电极A和电极B上部以外的部分与所述绝缘衬底的绝缘表面接触；
(3)在所述n型过渡金属硫族化合物膜上旋涂光刻胶，经掩膜版曝光及显影后，得到n型过渡金属硫族化合物膜至少在电极B上部的部分暴露在外，且不是全部暴露在外的样品C，将暴露在外的n型过渡金属硫族化合物膜采用氧等离子体进行掺杂，然后去除光刻胶，得到样品D；
(4)将样品D置于惰性气体环境中退火，温度为400℃～800℃，时间为40min～60min，未受光刻胶保护处即生成p型过渡金属硫族化合物膜，与受光刻胶保护的未经掺杂的n型过渡金属硫族化合物膜形成横向p-n结，即得到过渡金属硫族化合物膜横向同质结太阳能电池。
7.如权利要求6所述的过渡金属硫族化合物横向同质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述电极A为Ag电极、Ti电极或Al电极；步骤(1)所述电极B为Pt电极、Au电极或Pd电极。
8.如权利要求6所述的过渡金属硫族化合物横向同质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述旋涂溶胶为先旋涂聚乙烯吡咯烷酮，再旋涂聚乙烯醇。
9.如权利要求6所述的过渡金属硫族化合物横向同质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(3)所述n型过渡金属硫族化合物膜为n型MoS2膜，步骤(4)所述p型过渡金属硫族化合物膜为p型MoS2膜。
10.如权利要求6所述的过渡金属硫族化合物横向同质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(2)采用激光合成法制备n型过渡金属硫族化合物膜。
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