[发明专利]氧化锌基底诱导取向生长硒化锑薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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(CN 106129143 A)记载了一种高取向性硒化锑薄膜及其制备方法，该发明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。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明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；这使得本发明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，按照本发明的一个方面，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％。

按照本发明的另一方面，本发明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0.1～0.4mol L^-1的硝酸锌水溶液作为喷涂前驱体，控制前驱体流量为1-3mL min^-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；