氧化锌基底诱导取向生长硒化锑薄膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化锌基底诱导取向生长的硒化锑薄膜的方法，其特征在于，该方法是以特定取向的氧化锌基底诱导生长具有择优取向方向的硒化锑薄膜；当氧化锌基底为(100)取向时，诱导生长出的硒化锑薄膜是以<221>方向为主导生长取向；当氧化锌基底为(002)取向时，诱导生长出的硒化锑薄膜是以<120>方向为主导生长取向。本发明专利技术中的方法可应用于硒化锑薄膜太阳能电池的制备，得到相应的硒化锑薄膜太阳能电池。本发明专利技术通过对硒化锑薄膜制备工艺中关键的基底种类及其内部结构等进行改进，与现有技术相比，能够对生长的硒化锑薄膜其取向灵活调整，同时不依赖于硒化锑的沉积的基底温度。

【技术实现步骤摘要】
氧化锌基底诱导取向生长硒化锑薄膜的方法
本专利技术属于光电材料及薄膜太阳能电池制备领域，更具体地，涉及一种氧化锌基底诱导取向生长的硒化锑薄膜的方法，该方法可应用于硒化锑薄膜太阳能电池的制备，从而获得硒化锑薄膜为特定生长取向的硒化锑薄膜太阳能电池。
技术介绍
硒化锑(Sb2Se3)作为一种极具潜力的薄膜光伏吸收层材料，其组成为简单的二元化合物，合适的禁带宽度(～1.2eV)，较高的吸光系数(短波吸光系数>105cm-1)，另外，锑和硒元素为低毒高储量元素。然而近些年才陆续有关于硒化锑薄膜太阳能电池的国际文献报道。硒化锑作为一种典型的一维链状材料，其在各个方向的迁移率存在着显著的区别，这将导致载流子在各个方向上的传输存在着千差万别。对于太阳能电池而言，迁移率直接决定着其扩散长度，影响着载流子分离与传输。因此对于硒化锑这种一维链状材料而言，取向很大程度决定着硒化锑薄膜太阳能电池的能量转换效率。专利文献1(CN106129143A)记载了一种高取向性硒化锑薄膜及其制备方法，该专利技术提供了一种金属锑后硒化的方法，实现了<002>取向的硒化锑。目前已有文献报道在硫化镉基底上通过快速热蒸发的方法生长硒化锑薄膜，并证明<221>取向的生长的硒化锑相比较于<120>取向的表现出更好的能量转换效率，集中表现为载流子传输方面的提高。然而却只有在基底温度为300℃时硒化锑才表现出<221>取向，而当基底达到350℃时，硒化锑则是很强的<120>取向生长。这对于晶体的生长是一个极大的限制，若能够解决取向不随温度变化的改变的问题，对于硒化锑太阳能电池的发展将是极大的推动。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种氧化锌基底诱导取向生长硒化锑薄膜及相应硒化锑薄膜太阳能电池的方法，其中通过对硒化锑薄膜制备工艺中关键的基底种类及其内部结构等进行改进，与现有技术相比，能够在不改变硒化锑沉积温度的前提下，即可对生长的硒化锑薄膜其取向灵活调整，得到两类不同取向的硒化锑薄膜；并且，硒化锑薄膜的取向生长对于氧化锌基底的依赖远大于对于温度的依赖，能够在不依赖于硒化锑的沉积的基底温度的情况下，对生长的硒化锑薄膜其取向灵活调整；这使得本专利技术得出的结论能够从侧面反映了硒化锑<221>、硒化锑<120>两者基于晶体生长动力学的竞争生长机制，为硒化锑薄膜晶体生长动力学的研究提供了新的实验证据。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种氧化锌基底诱导取向生长的硒化锑薄膜的方法，其特征在于，该方法是以特定取向的氧化锌基底诱导生长具有择优取向方向的硒化锑薄膜；所述特定取向的氧化锌基底为(100)取向的氧化锌基底、或(002)取向的氧化锌基底；当所述特定取向的氧化锌基底为(100)取向的氧化锌基底时，诱导生长出的所述具有择优取向方向的硒化锑薄膜是以<221>方向为主导生长取向；当所述特定取向的氧化锌基底为(002)取向的氧化锌基底时，诱导生长出的所述具有择优取向方向的硒化锑薄膜是以<120>方向为主导生长取向；其中，所述(100)取向的氧化锌基底，其X射线衍射曲线中，ZnO(100)对应的衍射峰最高强度不小于ZnO(002)对应的衍射峰最高强度的60％；所述(002)取向的氧化锌基底，其X射线衍射曲线中，ZnO(002)对应的衍射峰强度最高，且ZnO(100)对应的衍射峰最高强度不大于ZnO(002)对应的衍射峰最高强度的8％。按照本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种氧化锌基底诱导取向生长的硒化锑薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)利用喷涂热解的方法在第一基底上沉积氧化锌薄膜：采用硝酸锌浓度为0.1～0.4molL-1的硝酸锌水溶液作为喷涂前驱体，控制前驱体流量为1-3mLmin-1，喷枪气压为1.5kPa-2.0kPa，基板温度为380～420℃，退火温度为450～550℃，退火时间为15-25min或50-70min，得到覆盖有(100)取向或(002)取向的氧化锌薄膜的基底；(2)采用快速热蒸发的方式在所述步骤(1)得到的覆盖有特定取向的氧化锌薄膜的基底上继续沉积硒化锑薄膜，从而获得相应取向生长的硒化锑薄膜；当所述步骤(2)是采用所述(100)取向的氧化锌薄膜时，所述硒化锑薄膜是以<221>方向为主导生长取向；当所述步骤(2)是采用所述(002)取向的氧化锌薄膜时，所述硒化锑薄膜是以<120>方向为主导生长取向。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(2)是利用硒化锑粉末作为蒸发源，控制真空度不超过0.5Pa，基底温度为275～350℃并维持不小于15min，接着将蒸发源的温度加热至550～570℃，控制蒸发时间为30～35s；所述硒化锑薄膜的厚度为400～600nm。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(1)中，所述第一基底为透明导电玻璃；优选的，该透明导电玻璃为FTO或ITO。按照本专利技术的又一方面，本专利技术提供了一种硒化锑薄膜太阳能电池，其特征在于，该硒化锑薄膜太阳能电池包括上述氧化锌基底诱导取向生长的硒化锑薄膜的方法制备得到的硒化锑薄膜；该硒化锑薄膜是以<221>方向为主导生长取向，或者是以<120>方向为主导生长取向。按照本专利技术的再一方面，本专利技术提供了一种氧化锌基底诱导取向生长的硒化锑薄膜太阳能电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)利用喷涂热解的方法在第一基底上沉积氧化锌薄膜：采用硝酸锌浓度为0.1～0.4molL-1的硝酸锌水溶液作为喷涂前驱体，控制前驱体流量为1-3mLmin-1，喷枪气压为1.5kPa-2.0kPa，基板温度为380～420℃，退火温度为450～550℃，退火时间为15-25min或50-70min，得到覆盖有(100)取向或(002)取向的氧化锌薄膜的基底；(2)采用快速热蒸发的方式在所述步骤(1)得到的覆盖有特定取向的氧化锌薄膜的基底上继续沉积硒化锑薄膜，从而获得相应取向生长的硒化锑薄膜；当所述步骤(2)是采用所述(100)取向的氧化锌薄膜时，所述硒化锑薄膜是以<221>方向为主导生长取向；当所述步骤(2)是采用所述(002)取向的氧化锌薄膜时，所述硒化锑薄膜是以<120>方向为主导生长取向；(3)在所述步骤(2)得到的所述硒化锑薄膜上沉积金电极，从而得到硒化锑薄膜为特定生长取向的硒化锑薄膜太阳能电池。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(3)中，所述金电极的厚度为50-80nm；优选的，该金电极是通过热蒸发法沉积在所述硒化锑薄膜上的。本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，通过基底诱导的方式制备了不同取向的硒化锑薄膜及其太阳能电池，方法可靠，为取向生长提供了新的思路。同时硒化锑的取向单一依赖于基底的取向，不随基底温度的变化而改变，这对于制备晶粒尺寸不同的硒化锑薄膜是一种很好的方法，对于硒化锑薄膜太阳能电池的转换效率也是一种有效的改善。本专利技术是以氧化锌基底诱导取向生长的硒化锑薄膜，氧化锌基底取向方向对硒化锑薄膜的择优取向方向具有诱导作用，当选用取向为(002)方向的ZnO作基底时，可以制备沿<1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化锌基底诱导取向生长的硒化锑薄膜的方法，其特征在于，该方法是以特定取向的氧化锌基底诱导生长具有择优取向方向的硒化锑薄膜；所述特定取向的氧化锌基底为(100)取向的氧化锌基底、或(002)取向的氧化锌基底；当所述特定取向的氧化锌基底为(100)取向的氧化锌基底时，诱导生长出的所述具有择优取向方向的硒化锑薄膜是以<221>方向为主导生长取向；当所述特定取向的氧化锌基底为(002)取向的氧化锌基底时，诱导生长出的所述具有择优取向方向的硒化锑薄膜是以<120>方向为主导生长取向；所述(100)取向的氧化锌基底，其X射线衍射曲线中，ZnO(100)对应的衍射峰最高强度不小于ZnO(002)对应的衍射峰最高强度的60％；所述(002)取向的氧化锌基底，其X射线衍射曲线中，ZnO(002)对应的衍射峰强度最高，且ZnO(100)对应的衍射峰最高强度不大于ZnO(002)对应的衍射峰最高强度的8％。

【技术特征摘要】
1.一种氧化锌基底诱导取向生长的硒化锑薄膜的方法，其特征在于，该方法是以特定取向的氧化锌基底诱导生长具有择优取向方向的硒化锑薄膜；所述特定取向的氧化锌基底为(100)取向的氧化锌基底、或(002)取向的氧化锌基底；当所述特定取向的氧化锌基底为(100)取向的氧化锌基底时，诱导生长出的所述具有择优取向方向的硒化锑薄膜是以<221>方向为主导生长取向；当所述特定取向的氧化锌基底为(002)取向的氧化锌基底时，诱导生长出的所述具有择优取向方向的硒化锑薄膜是以<120>方向为主导生长取向；所述(100)取向的氧化锌基底，其X射线衍射曲线中，ZnO(100)对应的衍射峰最高强度不小于ZnO(002)对应的衍射峰最高强度的60％；所述(002)取向的氧化锌基底，其X射线衍射曲线中，ZnO(002)对应的衍射峰强度最高，且ZnO(100)对应的衍射峰最高强度不大于ZnO(002)对应的衍射峰最高强度的8％。2.一种氧化锌基底诱导取向生长的硒化锑薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)利用喷涂热解的方法在第一基底上沉积氧化锌薄膜：采用硝酸锌浓度为0.1～0.4molL-1的硝酸锌水溶液作为喷涂前驱体，控制前驱体流量为1-3mLmin-1，喷枪气压为1.5kPa-2.0kPa，基板温度为380～420℃，退火温度为450～550℃，退火时间为15-25min或50-70min，得到覆盖有(100)取向或(002)取向的氧化锌薄膜的基底；(2)采用快速热蒸发的方式在所述步骤(1)得到的覆盖有特定取向的氧化锌薄膜的基底上继续沉积硒化锑薄膜，从而获得相应取向生长的硒化锑薄膜；当所述步骤(2)是采用所述(100)取向的氧化锌薄膜时，所述硒化锑薄膜是以<221>方向为主导生长取向；当所述步骤(2)是采用所述(002)取向的氧化锌薄膜时，所述硒化锑薄膜是以<120>方向为主导生长取向。3.如权利要求2所述氧化锌基底诱导取向生长的硒化锑薄膜的方法，其特征在于，所述步骤(2)是利用硒化锑粉末作为蒸...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐江，李康华，牛广达，王亮，李登兵，陈超，赵洋，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42