[发明专利]一种双结构绒面Cu2O薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属氧化物薄膜及其制备方法，尤其是涉及一种双结构绒面Cu₂O薄膜及其制备方法。

背景技术

通过绒面化处理使硅片等电池材料尽可能多地吸收太阳光，是增加太阳能电池光电转换效率的有效途径；在硅片绒面化处理的方式上，单晶硅普遍采用碱制绒来制造“金字塔”形绒面，而多晶硅则多采用酸制绒进行腐蚀，形成类似“虫洞”深坑的多孔硅，在酸、碱制绒过程中，由于大量使用了高浓度碱液、异丙醇或者硝酸、氢氟酸等化学物质，这会对生态环境造成一定影响；除酸、碱制绒以外，我们还有其它制绒方式，比如电化学制绒、反应离子刻蚀制绒、激光制绒、掩膜制绒等，然而，由于成本相对昂贵，未能形成产业化（参见文献：1. 百度百科，词条：制绒），而且，更为重要的是在上述制绒方法中，我们一般得到的是单一的绒面结构，如金字塔结构或者多孔结构，它们对于太阳光谱的吸收存在一定的局限性；要想实现太阳光谱更为彻底地吸收，将不同两种绒面结构相结合是一种比较理想的选择方案，由于氧化亚铜（Cu₂O）薄膜是一种非常具有应用价值的太阳能应用材料，具有较高的光电理论转换效率（可高达18%，参见文献：1. Loferski JJ, J Appl Phys, 1956, 27: 777-784），以及无毒、廉价和铜源丰富等优点，本发明以Cu₂O薄膜为例，提供一种不存在污染、仅一步就实现薄膜沉积和制绒的双结构绒面薄膜电池材料的制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种双结构绒面Cu₂O薄膜及其相对环保、简易的制备方法，本发明所述的双结构绒面Cu₂O薄膜，具有棱锥和多孔双结构绒面，同时具有明显的（111）择优取向。

本发明的技术方案是利用射频平衡磁控溅射镀膜系统，通过施加正、负衬底偏压，一方面诱使溅射Cu原子在正在沉积的薄膜表面尖端处进行选择性优先沉积，然后与腔室中残余的氧发生接触氧化成Cu₂O分子，另一方面诱使薄膜体系尽可能地降低能量，沿（111）方向生长并在薄膜表面形成（111）面的棱锥结构，从而获得双结构绒面Cu₂O薄膜。

双结构绒面Cu₂O薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1）采用平衡磁控溅射镀膜系统，首先将干净的载玻片衬底固定在样品盘上，然后将纯度为99.99%的铜靶材安装在功率13.56MHz射频电源连接的磁控靶上，并调节衬底与铜靶材之间的距离为15cm。

2）抽腔室本底真空至5.0×10^-4 Pa，然后通流量为15sccm、纯度为99.999%的高纯Ar气，并保持腔室气压为0.1pa。

3）先预溅射10min，然后施加正、负直流衬底偏压，并移开样品挡板在室温下溅射沉积90min，制备得到双结构绒面Cu₂O薄膜。

所述步骤1）中磁控靶的磁感应强度为6kGs；所述步骤3）中溅射的功率为射频80W，沉积的速率为0.037nm/s；所述步骤3）中的衬底偏压为-150V~+150V；所述步骤3）中Cu₂O薄膜的厚度为200nm，晶向为（111），在可见光波段的平均反射率为12.5~14.4%。

本发明的优点和创新性在于：

（1）本发明制备的Cu₂O薄膜具有棱锥和多孔双结构绒面，减反射性能良好。

（2）本发明制备的Cu₂O薄膜具有良好的（111）择优取向。

（3）本发明方法简单，操作容易，仅一步就实现了Cu₂O薄膜电池材料的沉积与制绒。

（4）本发明不存在污染的问题，比较环保。

（5）本发明无需额外通入氧气，同时铜源价格低廉，在一定程度上节约了成本。

附图说明

图1为实施例1所制备的双结构绒面Cu₂O薄膜的表面形貌图。

图2为实施例2所制备的双结构绒面Cu₂O薄膜的表面形貌图。

图3为实施例5所制备的双结构绒面Cu₂O薄膜的表面形貌图。

图4为实施例1-5所制备的双结构绒面Cu₂O薄膜的x射线衍射谱图。

图5为实施例1,2,4,5所制备的双结构绒面Cu₂O薄膜的紫外可见光反射光谱图。

具体实施方式