一种纳米半导体太阳能电池以及制备方法及其制备方法与流程

1.本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种纳米半导体太阳能电池以及制备方法及其制备方法。


背景技术：

2.随着化石能源的枯竭和全球气候变暖的日益加剧，太阳能的利用正受到人们越来越多的重视。太阳电池是将太阳能转化为电能的核心器件。高效太阳电池在航空航天、空间探索等方面有着重要的用途。低成本的高效太阳电池的大规模应用可以缓解能源危机，减少温室气体排放，造福子孙后代。其中半导体太阳能电池以其较高的转换效率和较大的发电成本降低空间，被公认为最具潜力的地面应用发电技术。
3.由化合物半导体制成的光伏电池的效率为硅（si）光伏电池的效率的约两倍高。然而，由化合物半导体制成的光伏电池具有高成本的基底或者小尺寸的基底，并且因此明显比硅光伏电池昂贵。除此之外，现有的半导体电池还或多或少存在着欧姆接触特性较低，串联电阻较大，电池光电转换效率不高的缺陷。
4.中国专利文献cn 102148267 b公开了一种氧化钨半导体电池及其制备方法，以氧化钨为原料，加入导电剂、活化剂、添加剂和有机聚合物成膜剂制成氧化钨半导体电池浆料，并以不同功函数的两种金属箔为正负电极，正负电极粘贴在塑料底片的同一水平面上，然后将氧化钨半导体电池浆料注入电极表面，经晾干、封装。 该发明的氧化钨半导体电池具有：（1）半导体化学效应。即在不同功函数金属两个电极间产生电子输运；（2）光电效应。电池在太阳光照下，电池的电流有比较明显的增加；（3）热电效应。电池在一定的温度范围内（5-100℃）电流随温度升高而增大。然而，上述电池仍然存在着光电转换效率低，串联电阻较大的缺陷。
5.因此，开发一种制备成本低廉，欧姆接触特性较高，串联电阻较小，光电转换效率高，循环使用寿命长的半导体电池符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景，对促进半导体光伏电池产业的发展具有非常重要的意义。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的在于提供一种制备成本低廉，欧姆接触特性较高，串联电阻较小，光电转换效率高，循环使用寿命长的半导体电池。同时，本发明的第二个目的在于提供一种上述半导体电池的制备方法，该制备方法工艺简单，对制备条件和设备要求不高，耗能低，制备效率高，适合连续规模化生产。
7.为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种纳米半导体太阳能电池以及制备方法，其特征在于，包括平面电极以及半导体电池浆料；所述半导体电池浆料是由如下按重量份计的各组分制成：导电剂3-5份、异质掺杂无机半导体粒子5-8份、有机半导体纳米线3-5份、成膜物质6-10份、超支化聚苯胺改性碳纳米管0.8-1.5份、溶剂8-13份。
2):3:(2-4):(0.5-1)混合形成的混合物；通过各种粒子协同作用，使得其光谱吸收范围宽，能有效提高光电转化率、抗辐射能力强，使得制成的半导体电池使用寿命长。
24.（5）本发明提供的半导体电池，有机半导体纳米线、超支化聚苯胺改性碳纳米管的添加，与其它组分相互作用相互影响，使得制成的半导体电池光电转换效率高，能量密度大，循环使用寿命长。
具体实施方式
25.以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
26.实施例1一种纳米半导体太阳能电池以及制备方法，其特征在于，包括平面电极以及半导体电池浆料；所述半导体电池浆料是由如下按重量份计的各组分制成：导电剂3份、异质掺杂无机半导体粒子5份、有机半导体纳米线3份、成膜物质6份、超支化聚苯胺改性碳纳米管0.8份、溶剂8份。
27.所述溶剂为异丙醇、乙醇、乙二醇、超支化聚甘油按质量比3:1:1:2混合形成的混合物；所述超支化聚苯胺改性碳纳米管为按中国专利文献cn102875976b中实施例1的方法制成；所述成膜物质为壳聚糖季铵盐；所述壳聚糖季铵盐的取代度为60%，数均分子量为8万。所述有机半导体纳米线为按cn 102738416 a中实施例1的方法制成。
28.所述异质掺杂无机半导体粒子的制备方法，包括如下步骤：将无机半导体离子分散于有机溶剂中，然后向其中加入n,n,n’,n
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四甲基-o-(3,4-二氢-4-氧代-1,2,3-苯并三嗪-3-基)脲四氟硼酸盐、二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷，搅拌均匀后，旋蒸除去溶剂，再在管式炉中，于惰性气体气氛下煅烧，得到异质掺杂无机半导体粒子，该粒子为n/p/f/b/si共掺杂无机半导体粒子；所述无机半导体粒子、有机溶剂、n,n,n’,n
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四甲基-o-(3,4-二氢-4-氧代-1,2,3-苯并三嗪-3-基)脲四氟硼酸盐、二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷的质量比为3:15:0.3:0.2；所述无机半导体粒子为zno、cdo、sno2、zro2按质量比1:3:2:0.5混合形成的混合物；所述无机半导体的粒径为500目；所述导电剂为科琴黑；所述惰性气体为氮气。
29.一种所述半导体电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合均匀后，得到半导体电池浆料；接着将半导体电池浆料注入到平面电极表面，室温下慢慢地晾干、封装，制成半导体电池。
30.实施例2一种纳米半导体太阳能电池以及制备方法，其特征在于，包括平面电极以及半导体电池浆料；所述半导体电池浆料是由如下按重量份计的各组分制成：导电剂3.5份、异质掺杂无机半导体粒子6份、有机半导体纳米线3.5份、成膜物质7份、超支化聚苯胺改性碳纳米管0.9份、溶剂9份。
31.所述溶剂为异丙醇、乙醇、乙二醇、超支化聚甘油按质量比3.5:1:1.2:2混合形成的混合物；所述超支化聚苯胺改性碳纳米管为按中国专利文献cn102875976b中实施例1的方法制成；所述成膜物质为聚乙烯醇；所述聚乙烯醇的数均分子量为1000；所述有机半导体纳米线为按cn 102738416 a中实施例1的方法制成。
32.所述异质掺杂无机半导体粒子的制备方法，包括如下步骤：将无机半导体离子分
散于有机溶剂中，然后向其中加入n,n,n’,n
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四甲基-o-(3,4-二氢-4-氧代-1,2,3-苯并三嗪-3-基)脲四氟硼酸盐、二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷，搅拌均匀后，旋蒸除去溶剂，再在管式炉中，于惰性气体气氛下煅烧，得到异质掺杂无机半导体粒子，该粒子为n/p/f/b/si共掺杂无机半导体粒子；所述无机半导体粒子、有机溶剂、n,n,n’,n
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四甲基-o-(3,4-二氢-4-氧代-1,2,3-苯并三嗪-3-基)脲四氟硼酸盐、二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷的质量比为3.5:17:0.35:0.2；所述无机半导体粒子为zno、cdo、sno2、zro2按质量比1.2:3:2.5:0.7混合形成的混合物；所述无机半导体的粒径为600目；所述惰性气体为氦气；所述导电剂为乙炔黑。
33.一种所述半导体电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合均匀后，得到半导体电池浆料；接着将半导体电池浆料注入到平面电极表面，室温下慢慢地晾干、封装，制成半导体电池。
34.实施例3一种纳米半导体太阳能电池以及制备方法，其特征在于，包括平面电极以及半导体电池浆料；所述半导体电池浆料是由如下按重量份计的各组分制成：导电剂4份、异质掺杂无机半导体粒子6.5份、有机半导体纳米线4份、成膜物质8份、超支化聚苯胺改性碳纳米管1.2份、溶剂11份。
35.所述溶剂为异丙醇、乙醇、乙二醇、超支化聚甘油按质量比4:1:1.5:2混合形成的混合物；所述超支化聚苯胺改性碳纳米管为按中国专利文献cn102875976b中实施例1的方法制成；所述成膜物质为聚n-甲基吡咯烷酮；所述聚n-甲基吡咯烷酮的数均分子量为900；所述有机半导体纳米线为按cn 102738416 a中实施例1的方法制成。
36.所述异质掺杂无机半导体粒子的制备方法，包括如下步骤：将无机半导体离子分散于有机溶剂中，然后向其中加入n,n,n’,n
’‑
四甲基-o-(3,4-二氢-4-氧代-1,2,3-苯并三嗪-3-基)脲四氟硼酸盐、二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷，搅拌均匀后，旋蒸除去溶剂，再在管式炉中，于惰性气体气氛下煅烧，得到异质掺杂无机半导体粒子，该粒子为n/p/f/b/si共掺杂无机半导体粒子；所述无机半导体粒子、有机溶剂、n,n,n’,n
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四甲基-o-(3,4-二氢-4-氧代-1,2,3-苯并三嗪-3-基)脲四氟硼酸盐、二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷的质量比为4:20:0.4:0.2；所述无机半导体粒子为zno、cdo、sno2、zro2按质量比1.5:3:3:0.7混合形成的混合物；所述无机半导体的粒径为650目；所述惰性气体为氖气；所述导电剂为super p。
37.一种所述半导体电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合均匀后，得到半导体电池浆料；接着将半导体电池浆料注入到平面电极表面，室温下慢慢地晾干、封装，制成半导体电池。
38.实施例4一种纳米半导体太阳能电池以及制备方法，其特征在于，包括平面电极以及半导体电池浆料；所述半导体电池浆料是由如下按重量份计的各组分制成：导电剂4.5份、异质掺杂无机半导体粒子7.5份、有机半导体纳米线4.5份、成膜物质9.5份、超支化聚苯胺改性碳纳米管1.3份、溶剂12份。
39.所述溶剂为异丙醇、乙醇、乙二醇、超支化聚甘油按质量比4.5:1:1.8:2混合形成的混合物；所述超支化聚苯胺改性碳纳米管为按中国专利文献cn102875976b中实施例1的方法制成；所述成膜物质为壳聚糖季铵盐、聚乙烯醇、聚n-甲基吡咯烷酮按质量比1:3:5混
合形成的混合物；所述壳聚糖季铵盐的取代度为75%，数均分子量为9.5万；所述聚乙烯醇的数均分子量为1500；所述聚n-甲基吡咯烷酮的数均分子量为1100；所述有机半导体纳米线为按cn 102738416 a中实施例1的方法制成。
40.所述异质掺杂无机半导体粒子的制备方法，包括如下步骤：将无机半导体离子分散于有机溶剂中，然后向其中加入n,n,n’,n
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四甲基-o-(3,4-二氢-4-氧代-1,2,3-苯并三嗪-3-基)脲四氟硼酸盐、二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷，搅拌均匀后，旋蒸除去溶剂，再在管式炉中，于惰性气体气氛下煅烧，得到异质掺杂无机半导体粒子，该粒子为n/p/f/b/si共掺杂无机半导体粒子；所述无机半导体粒子、有机溶剂、n,n,n’,n
’‑
四甲基-o-(3,4-二氢-4-氧代-1,2,3-苯并三嗪-3-基)脲四氟硼酸盐、二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷的质量比为4.5:23:0.45:0.2；所述无机半导体粒子为zno、cdo、sno2、zro2按质量比1.8:3:3.5:0.9混合形成的混合物；所述无机半导体的粒径为780目；所述惰性气体为氩气；所述导电剂为石墨烯。
41.一种所述半导体电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合均匀后，得到半导体电池浆料；接着将半导体电池浆料注入到平面电极表面，室温下慢慢地晾干、封装，制成半导体电池。
42.实施例5一种纳米半导体太阳能电池以及制备方法，其特征在于，包括平面电极以及半导体电池浆料；所述半导体电池浆料是由如下按重量份计的各组分制成：导电剂5份、异质掺杂无机半导体粒子8份、有机半导体纳米线5份、成膜物质10份、超支化聚苯胺改性碳纳米管1.5份、溶剂13份。
43.所述溶剂为异丙醇、乙醇、乙二醇、超支化聚甘油按质量比5:1:2:2混合形成的混合物；所述超支化聚苯胺改性碳纳米管为按中国专利文献cn102875976b中实施例1的方法制成；所述成膜物质为聚乙烯醇；所述聚乙烯醇的数均分子量为1600；所述有机半导体纳米线为按cn 102738416 a中实施例1的方法制成。
44.所述异质掺杂无机半导体粒子的制备方法，包括如下步骤：将无机半导体离子分散于有机溶剂中，然后向其中加入n,n,n’,n
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四甲基-o-(3,4-二氢-4-氧代-1,2,3-苯并三嗪-3-基)脲四氟硼酸盐、二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷，搅拌均匀后，旋蒸除去溶剂，再在管式炉中，于惰性气体气氛下煅烧，得到异质掺杂无机半导体粒子，该粒子为n/p/f/b/si共掺杂无机半导体粒子；所述无机半导体粒子、有机溶剂、n,n,n’,n
’‑
四甲基-o-(3,4-二氢-4-氧代-1,2,3-苯并三嗪-3-基)脲四氟硼酸盐、二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷的质量比为5:25:0.5:0.2；所述无机半导体粒子为zno、cdo、sno2、zro2按质量比2:3:4:1混合形成的混合物；所述无机半导体的粒径为800目；所述惰性气体为氮气；所述导电剂为碳纳米管。
45.一种所述半导体电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合均匀后，得到半导体电池浆料；接着将半导体电池浆料注入到平面电极表面，室温下慢慢地晾干、封装，制成半导体电池。
46.对比例1本例提供一种纳米半导体太阳能电池以及制备方法，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是用无机半导体粒子代替异质掺杂无机半导体粒子。
47.对比例2
本例提供一种纳米半导体太阳能电池以及制备方法，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加有机半导体纳米线。
48.对比例3本例提供一种纳米半导体太阳能电池以及制备方法，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加超支化聚苯胺改性碳纳米管。
49.将实施例1-5和对比例1-3所述半导体电池在25℃下，使用氙灯模拟太阳光，光强100mw/cm2条件下，进行光电测试，测试结果见表1。
50.表1从表1可见，本发明实施例公开的半导体电池，与对比例相比，短路电流≥0.98ma.cm-2
，而对比例≤0.91ma.cm-2
；开路电压≥1.33v，而对比例≤1.23v；因此，实施例产品具有更优异的电化学性能和光电转换效率。
51.以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种纳米半导体太阳能电池以及制备方法，其特征在于，包括平面电极以及半导体电池浆料；所述半导体电池浆料是由如下按重量份计的各组分制成：导电剂3-5份、异质掺杂无机半导体粒子5-8份、有机半导体纳米线3-5份、成膜物质6-10份、超支化聚苯胺改性碳纳米管0.8-1.5份、溶剂8-13份。2.根据权利要求1所述的一种纳米半导体太阳能电池以及制备方法，其特征在于，所述溶剂为异丙醇、乙醇、乙二醇、超支化聚甘油按质量比(3-5):1:(1-2):2混合形成的混合物。3.根据权利要求1所述的一种纳米半导体太阳能电池以及制备方法，其特征在于，所述成膜物质为壳聚糖季铵盐、聚乙烯醇、聚n-甲基吡咯烷酮中的至少一种。4.根据权利要求3所述的一种纳米半导体太阳能电池以及制备方法，其特征在于，所述壳聚糖季铵盐的取代度为60-80%，数均分子量为8-10万。5.根据权利要求3所述的一种纳米半导体太阳能电池以及制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇的数均分子量为800-1600；所述聚n-甲基吡咯烷酮的数均分子量为600-1200。6.根据权利要求1所述的一种纳米半导体太阳能电池以及制备方法，其特征在于，所述异质掺杂无机半导体粒子的制备方法，包括如下步骤：将无机半导体离子分散于有机溶剂中，然后向其中加入n,n,n’,n
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四甲基-o-(3,4-二氢-4-氧代-1,2,3-苯并三嗪-3-基)脲四氟硼酸盐、二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷，搅拌均匀后，旋蒸除去溶剂，再在管式炉中，于惰性气体气氛下煅烧，得到异质掺杂无机半导体粒子，该粒子为n/p/f/b/si共掺杂无机半导体粒子。7.根据权利要求6所述的一种纳米半导体太阳能电池以及制备方法，其特征在于，所述无机半导体粒子、有机溶剂、n,n,n’,n
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四甲基-o-(3,4-二氢-4-氧代-1,2,3-苯并三嗪-3-基)脲四氟硼酸盐、二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷的质量比为(3-5):(15-25):(0.3-0.5):0.2。8.根据权利要求6所述的一种纳米半导体太阳能电池以及制备方法，其特征在于，所述无机半导体粒子为zno、cdo、sno2、zro2按质量比(1-2):3:(2-4):(0.5-1)混合形成的混合物；所述无机半导体的粒径为500-800目；所述惰性气体为氮气、氦气、氖气、氩气中的任意一种。9.根据权利要求1所述的一种纳米半导体太阳能电池以及制备方法，其特征在于，所述导电剂为科琴黑、乙炔黑、super p、碳纳米管和石墨烯中的至少一种。10.一种根据权利要求1-9任一项所述的半导体电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合均匀后，得到半导体电池浆料；接着将半导体电池浆料注入到平面电极表面，室温下慢慢地晾干、封装，制成半导体电池。

技术总结
本发明公开了一种纳米半导体太阳能电池以及制备方法，其特征在于，包括平面电极以及半导体电池浆料；所述半导体电池浆料是由如下按重量份计的各组分制成：导电剂3-5份、异质掺杂无机半导体粒子5-8份、有机半导体纳米线3-5份、成膜物质6-10份、超支化聚苯胺改性碳纳米管0.8-1.5份、溶剂8-13份。本发明还提供了一种所述半导体电池的制备方法。本发明公开的半导体电池制备成本低廉，欧姆接触特性较高，串联电阻较小，光电转换效率高，循环使用寿命长。循环使用寿命长。


技术研发人员：袁志刚
受保护的技术使用者：深圳市贝尔太阳能技术有限公司
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2022/3/8