[发明专利]一种掺氟氧化亚铜薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电功能材料领域，尤其涉及一种掺氟氧化亚铜薄膜及其制备方法。

背景技术

能源和环保是人类面临的两大问题，作为新能源的重要组成部分，用之不竭、洁净环保的太阳能备受瞩目。但目前的单晶硅、非晶硅、碲化镉以及铜铟镓硒太阳能电池有着各自的缺陷，所以仍需研发环境友好及低成本的太阳能电池材料，氧化亚铜是很好的候选材料。这是因为，氧化亚铜有众多优点：直接带隙的p 型半导体，禁带宽度约为2.1 eV，在可见光范围内有很高的吸收系数，较大的少子扩散长度，且理论计算表明氧化亚铜太阳能电池的转换效率能达到20%，它无毒性、储量丰富、在300 ℃以下比较稳定。氧化亚铜的众多优点使其在新型太阳能电池上有重要应用，例如，氧化亚铜可与其它n型半导体材料形成异质结太阳能电池，可用作基于铜铟镓硒的多晶叠层太阳能电池的顶层结，氧化亚铜也可用于中间带太阳能电池，因为中间带太阳能电池所要求的最佳禁带宽度（1.9eV）与氧化亚铜的禁带宽度非常接近。

然而，实验表明用氧化亚铜薄膜制成的太阳能电池其转换效率并不高，这是因为未掺杂的氧化亚铜薄膜由于电阻率高，无法获得高的光电转换效率，而材料的载流子迁移率是影响电池光电转换效率的关键因素之一；进一步，现有技术制备氧化亚铜薄膜的方法存在可控性差、成本较高的问题。因此，如何解决氧化亚铜薄膜制备工艺中存在的技术问题，实现高载流子迁移率、低电阻的氧化亚铜薄膜的制备，是实现氧化亚铜薄膜大规模使用的关键所在。

由此可见，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种掺氟氧化亚铜薄膜及其制备方法，旨在解决现有的氧化亚铜薄膜载流子迁移率低、电阻率高的问题。

本发明的技术方案如下：

一种掺氟氧化亚铜薄膜的制备方法，其中，包括步骤：

A、将铜靶安装在磁控溅射设备的靶位上，通入高纯氧气和高纯氩气进行反应性共溅射，生成氧化亚铜薄膜；

B、将所述氧化亚铜薄膜放入管式炉中，采用热扩散方法将CuF₂粉末掺杂到所述氧化亚铜薄膜中，从而生成掺氟氧化亚铜薄膜。

较佳地，所述的掺氟氧化亚铜薄膜的制备方法，其中，所述步骤B具体包括：

B1、先将所述氧化亚铜薄膜放置在不锈钢支架上，然后将所述不锈钢支架放入管式炉中；

B2、将CuF₂粉末放置在所述不锈钢支架前面7~9mm处，采用热扩散方法将所述CuF₂粉末掺杂到所述氧化亚铜薄膜中，从而生成掺氟氧化亚铜薄膜。

较佳地，所述的掺氟氧化亚铜薄膜的制备方法，其中，步骤A中，所述反应性共溅射过程在氧气流为1sccm、氩气流为12sccm条件下进行。

较佳地，所述的掺氟氧化亚铜薄膜的制备方法，其中，步骤A中，所述反应性共溅射气压为1.5~2.5Pa，反应性共溅射电压为300~400V，反应性共溅射时间为50~70min。

较佳地，所述的掺氟氧化亚铜薄膜的制备方法，其中，步骤A中，所述反应性共溅射气压为2Pa，反应性共溅射电压为350V，反应性共溅射时间为60min。

较佳地，所述的掺氟氧化亚铜薄膜的制备方法，其中，步骤B中，所述热扩散过程在氩气流为100sccm的条件下进行。

较佳地，所述的掺氟氧化亚铜薄膜的制备方法，其中，步骤B中，所述管式炉内的气压为350~450Pa。

较佳地，所述的掺氟氧化亚铜薄膜的制备方法，其中，步骤B中，所述热扩散温度为900~1200℃，热扩散时间为25~35min。

一种掺氟氧化亚铜薄膜，其中，采用如上所述的制备方法制成。

有益效果：本发明先通过反应共溅射沉积技术制备氧化亚铜薄膜，然后再通过简单管式炉装置采用热扩散方法将氟元素掺杂到所述氧化亚铜薄膜中，从而生成载流子迁移率高、电阻率低的掺氟氧化亚铜薄膜，可有效提高掺氟氧化亚铜薄膜制成的太阳能电池光电转换效率。本发明制备掺氟氧化亚铜薄膜的方法，其可控性强、工艺简单、制作成本低，并且生成的薄膜具有很好的附着性和重复性，可满足大规模生产需要。

附图说明

图1为本发明掺氟氧化亚铜薄膜制备方法较佳实施例流程图。

图2为本发明测得的未掺杂和实施例1及实施例2制备的掺氟氧化亚铜薄膜的X射线衍射图谱对比图。

具体实施方式