一种基于化学修饰的黑磷材料太阳能电池及制备方法
阅读：970发布：2020-05-12
专利汇可以提供一种基于化学修饰的黑磷材料太阳能电池及制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于化学修饰的黑磷材料 太阳能 电池 及制备方法，该电池包括衬底、 缓冲层 、下 电极 、掺 氧 黑磷、掺镍黑磷和上电极；其制备方法如下：1)清洗 硅 衬底后，在其表面生长得到缓冲层；2)在缓冲层上表面沉积 指定 厚度的掺镍黑磷，得到掺镍黑磷薄层；3)在掺镍黑磷薄层上表面沉积指定厚度的掺氧黑磷，得到掺氧黑磷薄层；4)在掺镍黑磷薄层上蒸 镀 金属层得到下电极，在掺氧黑磷薄层上蒸镀金属层得到上电极(6)，得到所述的基于化学修饰的黑磷材料的 太阳能电池 。本发明以掺氧黑磷和掺镍黑磷构成Ⅰ型 半导体 异质结 ，以掺氧黑磷为给体，以掺镍黑磷为受体，二者容易达到 晶格匹配 ，基于该材料的器件 稳定性 强，不易发生退化，且制备工艺简单。，下面是一种基于化学修饰的黑磷材料太阳能电池及制备方法专利的具体信息内容。
1.一种基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池，其特征在于：该太阳能电池包括硅衬底(1)、缓冲层(2)、掺镍黑磷薄层(3)、下电极(4)、掺氧黑磷薄层(5)和上电极(6)，其中硅衬底(1)为最底层，在其上表面生长有缓冲层(2)，在缓冲层(2)上表面形成有掺镍黑磷薄层(3)；在掺镍黑磷薄层(3)上表面形成有掺氧黑磷薄层(5)，并在掺镍黑磷薄层(3)上表面蒸镀金属层得到下电极(4)，且掺氧黑磷薄层(5)和下电极(4)不接触；在掺氧黑磷薄层(5)上表面蒸镀金属层，得到上电极(6)；
其中所述的掺镍黑磷薄层(3)中的掺镍黑磷为n型，掺氧黑磷薄层(5)中的掺氧黑磷为p型，二者共同构成Ⅰ型半导体异质结。
2.如权利要求1所述的一种基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池，其特征在于：所述的缓冲层(2)为非晶二氧化硅保护层，其厚度为100～200nm。
3.如权利要求1所述的一种基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池，其特征在于：所述的掺镍黑磷薄层(3)和掺氧黑磷薄层(5)的厚度均为30～50nm。
4.如权利要求1所述的一种基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池，其特征在于：所述的掺镍黑磷薄层(3)中，镍与黑磷的原子个数比为35～45：100；掺氧黑磷薄层(5)中，氧与黑磷的原子个数比为35～45：100。
5.如权利要求1所述的一种基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池，其特征在于：所述的下电极(4)和上电极(6)金属层均为均匀的、纯度大于95wt％的铝层。
6.一种如权利要求1所述的基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1)清洗硅衬底(1)后，在其表面生长得到缓冲层(2)；
2)在缓冲层(2)上表面形成指定厚度的掺镍黑磷，得到掺镍黑磷薄层(3)；
3)在掺镍黑磷薄层(3)上表面形成指定厚度的掺氧黑磷，得到掺氧黑磷薄层(5)；
4)在掺镍黑磷薄层(3)上蒸镀金属层得到下电极(4)，在掺氧黑磷薄层(5)上蒸镀金属层得到上电极(6)，得到所述的基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池。
7.如权利要求6所述的一种基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的清洗硅衬底(1)后，在其表面生长得到缓冲层(2)，是指去除硅衬底(1)上的杂物并用氮气吹干，之后放入石英管中进行处理，以去除硅衬底(1)表面的水汽，然后在其表面通过热氧化过程生长得到缓冲层(2)。
8.如权利要求6所述的一种基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的掺镍黑磷或掺氧黑磷的制备方法如下：
a)将白磷在1000～1200Pa大气压下加热到200～250℃，得到片状黑磷，之后通过机械剥离方法从片状黑磷剥离出多层黑磷烯，然后通过Ar+等离子体剥离方法剥离得到少层黑磷烯，最后将少层黑磷烯浸入过氧化氢异丙苯的溶剂中，超声波超声10～15分钟，离心得到层状黑磷烯；
b)利用表面生长有SiO2的Si基板捞出层状黑磷烯，50～60℃温度下烘干，得到黑磷薄层；
c)通过离子注入工艺，将定量的镍或者氧掺入到步骤b)得到的黑磷薄层中，得到掺镍黑磷或者掺氧黑磷；
d)通过探针剥离的方法剥离掉多余厚度的黑磷，得到指定厚度的掺镍黑磷或者掺氧黑磷。
一种基于化学修饰的黑磷材料太阳能电池及制备方法
技术领域
背景技术
[0002] 煤炭、石油等不可再生能源的短缺及其使用过程中带来的环境污染，使能源和环境问题成为制约国际社会经济发展的瓶颈；越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发利用太阳能资源，寻求经济发展的新动力；研制太阳能电池，实现光能到电能的转化，成为目前极具发展前景的研究方向之一。太阳能电池是指通过光电效应或者光化学效应直接把光能转换成电能的装置；而传统的基于同质PN结技术的硅基太阳能电池表现出成本高、效率低且污染环境等缺点，表面修饰技术的引入成为解决该问题的一个关键途径，表面修饰后的结构吸收光谱范围广，有利于效率的提高，并且能减少材料消耗，降低成本等。
[0003] 具有原子层厚度的2D材料由于其不同于体材料的优越性质而受到人们的广泛研究，如石墨烯、MoS2等等。近年来，一种新的2D材料少层黑磷已经能在实验条件下通过机械剥离的方法制备得到并且受到了人们的广泛关注。黑磷是一种具有金属光泽的晶体，可由白磷或红磷转化而来，黑磷具有直接半导体带隙，且表现出与层数相关的特性，具有非常高的漏电流调制率，使得其在未来的纳米电子器件中的应用有很大潜力；另外因其为直接带隙，其光学性质相比其他材料也有很大的优势，是目前新型二维材料研究的热点之一。
[0004] 尽管黑磷在诸多方面表现出良好的应用潜力，但是它存在着一个致命缺陷：稳定性差，在空气中容易被氧化，并且随着黑磷层数的减少，稳定性越来越差。因此如何解决黑磷易被氧化的问题，维持其结构和性能的稳定性，成为影响黑磷发展的关键问题。
发明内容
[0005] 技术问题：本发明的目的是提供一种基于化学修饰的黑磷材料太阳能电池及制备方法，本发明采用化学修饰的方法掺杂黑磷，能够显著地提高黑磷的稳定性，即使暴露在空气中，也至少能维持一个月，性能有效提升。
[0006] 技术方案：本发明提供了一种基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池，该太阳能电池包括硅衬底、缓冲层、下电极、掺镍黑磷薄层、掺氧黑磷薄层和上电极，其中硅衬底为最底层，在其上表面生长有缓冲层，在缓冲层上表面形成有掺镍黑磷薄层；在掺镍黑磷薄层上表面形成有掺氧黑磷薄层，并在掺镍黑磷薄层上表面蒸镀金属层得到下电极，且掺氧黑磷薄层和下电极不接触；在掺氧黑磷薄层上表面蒸镀金属层，得到上电极。
[0007] 其中：
[0008] 所述的缓冲层为非晶二氧化硅保护层，其厚度为100～200nm。
[0010] 所述的掺镍黑磷薄层和掺氧黑磷薄层的厚度均为30～50nm。
[0011] 所述的掺镍黑磷薄层中，镍与黑磷的原子个数比为35～45：100；掺氧黑磷薄层中，氧与黑磷的原子个数比为35～45：100。
[0013] 本发明还提供了一种基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0014] 1)清洗硅衬底后，在其表面生长得到缓冲层；
[0016] 3)在掺镍黑磷薄层上表面形成指定厚度的掺氧黑磷，得到掺氧黑磷薄层；
[0017] 4)在掺镍黑磷薄层上蒸镀金属层得到下电极，在掺氧黑磷薄层上蒸镀金属层得到上电极，得到所述的基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池。
[0018] 其中：
[0019] 所述硅衬底为n型硅片，用氢氟酸(HF)浸泡去除Si表面的二氧化硅；再依次用丙醇、乙醇、去离子水超声波清洗，去除硅片上的有机物，用氮气吹干，放入石英管中进行处理，石英管的真空度为1000-1200Pa，加热到300℃维持10分钟，以去除硅片表面的水汽，备用。
[0020] 步骤1)所述的清洗硅衬底后，在其表面生长得到缓冲层，是指去除硅衬底上的杂物并用氮气吹干，之后放入石英管中进行处理，以去除硅衬底表面的水汽，然后在其表面通过热氧化过程生长得到缓冲层。
[0021] 所述的掺镍黑磷或掺氧黑磷的制备方法如下：
[0022] a)将白磷在1000～1200Pa大气压下加热到200～250℃，得到片状黑磷，之后通过机械剥离方法从片状黑磷剥离出多层黑磷烯，然后通过Ar+等离子体剥离方法剥离得到少层黑磷烯，最后将少层黑磷烯浸入过氧化氢异丙苯的溶剂中，超声波超声10～15分钟，离心得到层状黑磷烯；
[0024] c)通过离子注入工艺，将定量的镍或者氧掺入到步骤b)得到的黑磷薄层中，得到掺镍黑磷或者掺氧黑磷；
[0025] d)通过探针剥离的方法剥离掉多余厚度的黑磷，得到指定厚度的掺镍黑磷或者掺氧黑磷。
[0026] 有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
[0027] 1、本发明使用化学修饰的黑磷材料作为太阳能电池的主体，表面修饰后激子解离效率和电荷转移传输效率提高，从而提高了太阳能电池的转化效率，其开路电压理论上达到0.49V，短路电流密度达到457.32A/m2，太阳能电池的AM1.5能量转换效率高达15.13％；
[0029] 3、本发明采用的是同一种材料，互相组合更容易达到晶格匹配，制备薄膜的工艺方法相比不同材料构成的异质结也更为便捷简单；
[0031] 图1是本发明所述的基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池的结构示意图；
[0032] 图2是化学修饰的黑磷的晶格结构示意图；
[0033] 图3是掺氧黑磷和掺镍黑磷接触前的能带排列；
[0034] 图中有：硅衬底1、缓冲层2、掺镍黑磷薄层3、下电极4、掺氧黑磷薄层5和上电极6。
具体实施方式
[0035] 本发明提出一种基于化学修饰的黑磷材料太阳能电池及制备方法，采用化学修饰的方法掺杂黑磷，能够显著地提高黑磷的稳定性，即使暴露在空气中，也至少能维持一个月，性能有效提升。掺氧黑磷带隙为0.95eV，掺镍黑磷带隙为0.74eV，利用两种化学修饰的黑磷材料具有不同带隙和能级的特点，二者导带底和价带顶能级可包含可组成I型半导体异质结，将它们堆叠在一起，制备工艺简单、成本低廉，几乎没有晶格失配的问题；同时掺氧和掺镍黑磷也表现出极强的稳定性，不易与空气中的氧气和水发生退化反应，基于该材料的器件稳定性强，不易发生退化，能够维持原本高迁移率和高开关比等杰出性能，使得器件整体稳定性也大幅度提升，太阳能电池的寿命显著提高，在白光照射下，本发明提供的太阳能电池的AM1.5能量转换效率高达15.13％，可以有效的进行光能到电能的转化。
[0036] 下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
[0037] 实施例1：
[0038] 图1是本发明所述的一种基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池的结构示意图，该太阳能电池为二维材料太阳能电池，包括硅衬底1、缓冲层2、掺镍黑磷薄层3、下电极4、掺氧黑磷薄层5和上电极6，其中硅衬底1为最底层，在其上表面生长有厚度为100nm缓冲层2，在缓冲层2上表面形成有掺镍黑磷薄层3；在掺镍黑磷薄层3上表面形成有掺氧黑磷薄层5，并在掺镍黑磷薄层3上表面蒸镀金属层得到下电极4，且掺氧黑磷薄层5和下电极4不接触；在掺氧黑磷薄层5上表面蒸镀金属层，得到上电极6。
[0039] 掺镍黑磷薄层3中的掺镍黑磷为n型，镍与黑磷的原子个数比为40：100；掺氧黑磷薄层5中的掺氧黑磷为p型，氧与黑磷的原子个数比为40：100，二者共同构成Ⅰ型半导体异质结，异质结中以掺氧黑磷为给体，其能带间隙为0.95eV，能吸收的光谱范围较广，以掺镍黑磷为受体。
[0040] 图2是化学修饰的黑磷的晶格结构，掺镍黑磷薄层3和掺氧黑磷薄层5是太阳能电池的核心部分。太阳能电池中p型掺氧黑磷和n型掺镍黑磷都是纳米级材料，因此需要通过机械剥离技术将黑磷剥离到为40nm厚度，而掺氧黑磷薄层5通过机械传输过程传送到掺镍黑磷薄层3的表面。
[0041] 如图3是掺镍黑磷和掺镍黑磷接触前的能带排列示意图。太阳能电池的功能是基于n型和p型半导体间的电子转移，异质结为两种不同导电性半导体材料相互接触，电子和空穴会分别在异质结的界面处积累，从而得到I型异质结，而该结构只需简单的掺杂的过程，就能得到40％浓度的n/p异质结，该结构中的n型和p型材料都是纳米级材料，因此具有良好导电性和机械特性。
[0042] 一种基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0043] 1)制备硅衬底1：以n型硅片为衬底，用氢氟酸(HF)浸泡去除Si表面的二氧化硅；再依次用丙醇、乙醇、去离子水超声波清洗，去除硅片上的有机物，用氮气吹干，放入石英管中进行处理；石英管的真空度为1000Pa，加热到300℃维持10分钟，以去除硅片表面的水汽，备用；
[0044] 2)在硅衬底1表面生长缓冲层2：在Si衬底清洗完毕后，在其表面通过热氧化过程生长得到SiO2保护层，即缓冲层2；
[0045] 3)制备掺镍黑磷薄层3：
[0046] a)将白磷在1000Pa大气压下加热到200℃，得到片状黑磷，之后通过机械剥离方法从片状黑磷剥离出多层黑磷烯，然后通过Ar+等离子体剥离方法剥离得到少层黑磷烯，最后将少层黑磷烯浸入过氧化氢异丙苯的溶剂中，超声波超声10～15分钟，离心得到层状黑磷烯；
[0047] b)利用表面生长有SiO2的Si基板捞出层状黑磷烯，50℃温度下烘干，去除黑磷烯薄膜与Si基板之间的水分，同时将少层黑磷烯更牢固的与Si基板结合，得到黑磷薄层；
[0048] c)通过离子注入工艺，将定量的镍掺入到步骤b)得到的黑磷薄层中，得到掺镍黑磷；
[0049] d)在电子显微镜下，通过探针剥离的方法剥离掉多余厚度的黑磷，得到指定厚度的掺镍黑磷，即掺镍黑磷薄层3；
[0050] 4)制备掺氧黑磷薄层5；
[0051] a)将白磷在1000Pa大气压下加热到200℃，得到片状黑磷，之后通过机械剥离方法从片状黑磷剥离出多层黑磷烯，然后通过Ar+等离子体剥离方法剥离得到少层黑磷烯，最后将少层黑磷烯浸入过氧化氢异丙苯的溶剂中，超声波超声10分钟，离心得到层状黑磷烯；
[0052] b)利用表面生长有SiO2的Si基板捞出层状黑磷烯，50℃温度下烘干，去除黑磷烯薄膜与Si基板之间的水分，同时将少层黑磷烯更牢固的与Si基板结合，得到黑磷薄层；
[0053] c)通过离子注入工艺，将定量的氧掺入到步骤b)得到的黑磷薄层中，得到掺氧黑磷；
[0054] d)在电子显微镜下，通过探针剥离的方法剥离掉多余厚度的黑磷，得到指定厚度的掺氧黑磷，即掺氧黑磷薄层5。
[0055] e)将掺氧黑磷薄层5通过机械传输过程传送到掺镍黑磷薄层3的表面；
[0056] 6)制备上电极6、下电极4；
[0057] 通过表面蒸镀金属的方法，在掺镍黑磷薄层3和掺氧黑磷薄层5表面蒸镀一层薄且均匀的高纯度铝层，作为上电极6、下电极4，得到所述的基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池。
[0058] 基于化学修饰的黑磷材料制备的太阳能电池器件表现出很高的谷峰电流比，同时两种不同化学修饰的黑磷可以形成I型跨骑的能带边缘结构。与普通的太阳能电池相比，本文选用的同种材料，更容易达到晶格匹配，制备工艺也更简单。掺氧黑磷和掺镍黑磷也表现出极强的稳定性，不易与空气中的氧气和水发生退化反应，基于该材料的器件稳定性强，不易发生退化，能够维持原本高迁移率和高开关比等杰出性能。
[0059] 在白光照射下，本发明提供的太阳能电池其开路电压理论上达到0.49V，短路电流密度达到457.32A/m2，太阳能电池的AM1.5能量转换效率高达15.13％。
[0060] 实施例2：
[0061] 一种基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池，该太阳能电池为二维材料太阳能电池，包括硅衬底1、缓冲层2、掺镍黑磷薄层3、下电极4、掺氧黑磷薄层5和上电极6，其中硅衬底1为最底层，在其上表面生长有厚度为200nm缓冲层2，在缓冲层2上表面形成有掺镍黑磷薄层3；在掺镍黑磷薄层3上表面形成有掺氧黑磷薄层5，并在掺镍黑磷薄层3上表面蒸镀金属层得到下电极4，且掺氧黑磷薄层5和下电极4不接触；在掺氧黑磷薄层5上表面蒸镀金属层，得到上电极6。
[0062] 掺镍黑磷薄层3中的掺镍黑磷为n型，镍与黑磷的原子个数比为35：100；掺氧黑磷薄层5中的掺氧黑磷为p型，镍与黑磷的原子个数比为35：100，二者共同构成Ⅰ型半导体异质结，异质结中以掺氧黑磷为给体，以掺镍黑磷为受体。
[0063] 掺镍黑磷薄层3和掺氧黑磷薄层5是太阳能电池的核心部分；太阳能电池中p型掺氧黑磷和n型掺镍黑磷都是纳米级材料，因此需要通过机械剥离技术将黑磷剥离到为30nm厚度，而掺氧黑磷薄层5通过机械传输过程传送到掺镍黑磷薄层3的表面。
[0064] 太阳能电池的功能是基于n型和p型半导体间的电子转移，异质结为两种不同导电性半导体材料相互接触，电子和空穴会分别在异质结的界面处积累，从而得到I型异质结，而该结构只需简单的掺杂的过程，就能得到40％浓度的n/p异质结，该结构中的n型和p型材料都是纳米级材料，因此具有良好导电性和机械特性。
[0065] 一种基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0066] 1)制备硅衬底1：以n型硅片为衬底，用氢氟酸(HF)浸泡去除Si表面的二氧化硅；再依次用丙醇、乙醇、去离子水超声波清洗，去除硅片上的有机物，用氮气吹干，放入石英管中进行处理；石英管的真空度为1200Pa，加热到300℃维持10分钟，以去除硅片表面的水汽，备用；
[0067] 2)在硅衬底1表面生长缓冲层2：在Si衬底清洗完毕后，在其表面通过热氧化过程生长得到SiO2保护层，即缓冲层2；
[0068] 3)制备掺镍黑磷薄层3：
[0069] a)将白磷在1200Pa大气压下加热到250℃，得到片状黑磷，之后通过机械剥离方法从片状黑磷剥离出多层黑磷烯，然后通过Ar+等离子体剥离方法剥离得到少层黑磷烯，最后将少层黑磷烯浸入过氧化氢异丙苯的溶剂中，超声波超声15分钟，离心得到层状黑磷烯；
[0070] b)利用表面生长有SiO2的Si基板捞出层状黑磷烯，60℃温度下烘干，去除黑磷烯薄膜与Si基板之间的水分，同时将少层黑磷烯更牢固的与Si基板结合，得到黑磷薄层；
[0071] c)通过离子注入工艺，将定量的镍掺入到步骤b)得到的黑磷薄层中，得到掺镍黑磷；
[0072] d)在电子显微镜下，通过探针剥离的方法剥离掉多余厚度的黑磷，得到指定厚度的掺镍黑磷，即掺镍黑磷薄层3；
[0073] 4)制备掺氧黑磷薄层5；
[0074] a)将白磷在1200Pa大气压下加热到250℃，得到片状黑磷，之后通过机械剥离方法从片状黑磷剥离出多层黑磷烯，然后通过Ar+等离子体剥离方法剥离得到少层黑磷烯，最后将少层黑磷烯浸入过氧化氢异丙苯的溶剂中，超声波超声15分钟，离心得到层状黑磷烯；
[0075] b)利用表面生长有SiO2的Si基板捞出层状黑磷烯，60℃温度下烘干，去除黑磷烯薄膜与Si基板之间的水分，同时将少层黑磷烯更牢固的与Si基板结合，得到黑磷薄层；
[0076] c)通过离子注入工艺，将定量的氧掺入到步骤b)得到的黑磷薄层中，得到掺氧黑磷；
[0077] d)在电子显微镜下，通过探针剥离的方法剥离掉多余厚度的黑磷，得到指定厚度的掺氧黑磷，即掺氧黑磷薄层5。
[0078] e)将掺氧黑磷薄层5通过机械传输过程传送到掺镍黑磷薄层3的表面；
[0079] 6)制备上电极6、下电极4；
[0080] 通过表面蒸镀金属的方法，在掺镍黑磷薄层3和掺氧黑磷薄层5表面蒸镀一层薄且均匀的高纯度铝层，作为上电极6、下电极4，得到所述的基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池。
[0081] 实施例3：
[0082] 一种基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池，该太阳能电池为二维材料太阳能电池，包括硅衬底1、缓冲层2、掺镍黑磷薄层3、下电极4、掺氧黑磷薄层5和上电极6，其中硅衬底1为最底层，在其上表面生长有厚度为150nm缓冲层2，在缓冲层2上表面形成有掺镍黑磷薄层3；在掺镍黑磷薄层3上表面形成有掺氧黑磷薄层5，并在掺镍黑磷薄层3上表面蒸镀金属层得到下电极4，且掺氧黑磷薄层5和下电极4不接触；在掺氧黑磷薄层5上表面蒸镀金属层，得到上电极6。
[0083] 掺镍黑磷薄层3中的掺镍黑磷为n型，镍与黑磷的原子个数比为45：100；掺氧黑磷薄层5中的掺氧黑磷为p型，镍与黑磷的原子个数比为45：100；二者共同构成Ⅰ型半导体异质结，异质结中以掺氧黑磷为给体，以掺镍黑磷为受体。
[0084] 掺镍黑磷薄层3和掺氧黑磷薄层5是太阳能电池的核心部分；太阳能电池中p型掺氧黑磷和n型掺镍黑磷都是纳米级材料，因此需要通过机械剥离技术将黑磷剥离到为30nm厚度，而掺氧黑磷薄层5通过机械传输过程传送到掺镍黑磷薄层3的表面。
[0085] 太阳能电池的功能是基于n型和p型半导体间的电子转移，异质结为两种不同导电性半导体材料相互接触，电子和空穴会分别在异质结的界面处积累，从而得到I型异质结，而该结构只需简单的掺杂的过程，就能得到40％浓度的n/p异质结，该结构中的n型和p型材料都是纳米级材料，因此具有良好导电性和机械特性。
[0086] 一种基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0087] 1)制备硅衬底1：以n型硅片为衬底，用氢氟酸(HF)浸泡去除Si表面的二氧化硅；再依次用丙醇、乙醇、去离子水超声波清洗，去除硅片上的有机物，用氮气吹干，放入石英管中进行处理；石英管的真空度为1100Pa，加热到300℃维持10分钟，以去除硅片表面的水汽，备用；
[0088] 2)在硅衬底1表面生长缓冲层2：在Si衬底清洗完毕后，在其表面通过热氧化过程生长得到SiO2保护层，即缓冲层2；
[0089] 3)制备掺镍黑磷薄层3：
[0090] a)将白磷在1100Pa大气压下加热到225℃，得到片状黑磷，之后通过机械剥离方法从片状黑磷剥离出多层黑磷烯，然后通过Ar+等离子体剥离方法剥离得到少层黑磷烯，最后将少层黑磷烯浸入过氧化氢异丙苯的溶剂中，超声波超声13分钟，离心得到层状黑磷烯；
[0091] b)利用表面生长有SiO2的Si基板捞出层状黑磷烯，55℃温度下烘干，去除黑磷烯薄膜与Si基板之间的水分，同时将少层黑磷烯更牢固的与Si基板结合，得到黑磷薄层；
[0092] c)通过离子注入工艺，将定量的镍掺入到步骤b)得到的黑磷薄层中，得到掺镍黑磷；
[0093] d)在电子显微镜下，通过探针剥离的方法剥离掉多余厚度的黑磷，得到指定厚度的掺镍黑磷，即掺镍黑磷薄层3；
[0094] 4)制备掺氧黑磷薄层5；
[0095] a)将白磷在1100Pa大气压下加热到225℃，得到片状黑磷，之后通过机械剥离方法从片状黑磷剥离出多层黑磷烯，然后通过Ar+等离子体剥离方法剥离得到少层黑磷烯，最后将少层黑磷烯浸入过氧化氢异丙苯的溶剂中，超声波超声13分钟，离心得到层状黑磷烯；
[0096] b)利用表面生长有SiO2的Si基板捞出层状黑磷烯，55℃温度下烘干，去除黑磷烯薄膜与Si基板之间的水分，同时将少层黑磷烯更牢固的与Si基板结合，得到黑磷薄层；
[0097] c)通过离子注入工艺，将定量的氧掺入到步骤b)得到的黑磷薄层中，得到掺氧黑磷；
[0098] d)在电子显微镜下，通过探针剥离的方法剥离掉多余厚度的黑磷，得到指定厚度的掺氧黑磷，即掺氧黑磷薄层5。
[0099] e)将掺氧黑磷薄层5通过机械传输过程传送到掺镍黑磷薄层3的表面；
[0100] 6)制备上电极6、下电极4；
[0101] 通过表面蒸镀金属的方法，在掺镍黑磷薄层3和掺氧黑磷薄层5表面蒸镀一层薄且均匀的高纯度铝层，作为上电极6、下电极4，得到所述的基于化学修饰的黑磷材料的太阳能电池。
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