制備鐵酸鉍薄膜的裝置、方法及制備太陽能電池的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能電池領域，具體涉及一種制備有織構特征的鐵酸鉍薄膜的裝置、及制備有織構特征的鐵酸鉍薄膜的方法以及制備有織構特征的鐵酸鉍薄膜太陽能電池的方法。
【背景技術】
[0002]能源危機是當前世界各國面臨的重大難題，開發(fā)可再生能源是緩解該問題的有效途徑。在眾多可再生能源中，太陽能因其有資源豐富、分布廣泛、清潔干凈等優(yōu)點而備受青睞。光伏發(fā)電是開發(fā)太陽能的一種主要形式，其原理是利用光生伏打效應制成光伏電池，將太陽的光能轉換成電能。光伏電池主要分為硅、銅銦砸、砷化鎵、碲化鎘以及聚合物光伏電池等?，F有工業(yè)生產的薄膜太陽能電池存在轉換效率低、穩(wěn)定性差、生產成本比較高等缺點。要想改變以上缺點，可以通過提高薄膜的制備工藝和技術參數，或者提高光的利用效率。第一種方法面臨研發(fā)周期長、成本高、技術困難等問題，因此，提高光的利用效率是提高轉換效率的重要手段，顯得十分必要。要想提高太陽光的利用率，可以通過提高薄膜對太陽光的吸收率，而增加薄膜的厚度可以做到這點。但是，薄膜厚度越厚，勢必會降低太陽能電池的穩(wěn)定性，同時也會增加光生載流子的復合率，降低轉換效率。而制備出質量的、具備特定的織構、較低的缺陷、較高的純度(高的主相比例)的薄膜是解決這一難題的有效手段，有織構的薄膜能增強光的吸收而不至于影響光生載流子的復合，從而起到提高光電轉換效率的作用。因此，如何制備出有特定織構、高純度的太陽能電池薄膜就顯得十分必要。
[0003]目前制備薄膜的方法主要包括溶膠-凝膠方法(Sol-Gel)、化學溶液沉積法CSD)、化學氣相沉積方法CVD)、脈沖激光沉積方法(PLD)、分子束外延(MBE)和磁控濺射方法(Magnetron Sputtering)。不管哪種方法，都是先制備出薄膜，然后薄膜進行燒結或者退火處理。然而這些方法都很難獲得有特定織構的薄膜。

【發(fā)明內容】

[0004]為了得到有織構特征的鐵酸鉍薄膜太陽能電池，本發(fā)明公開了一種制備有織構特征的鐵酸鉍薄膜太陽能電池裝置，以及用其制備有織構特征的鐵酸鉍薄膜太陽能電池的方法。本發(fā)明的裝置包括坩禍體和坩禍蓋，坩禍體的側壁上對稱開設有兩個相同的通氣孔，每個通氣孔連接有通氣管。在制備鐵酸鉍薄膜太陽能電池過程中，將鐵酸鉍薄膜放置在使用本發(fā)明的裝置內，本發(fā)明的裝置放置在管式爐內，裝置上的排氣管和與氣瓶連接的石英管連接，向坩禍體內腔輸入流動的氧氣，由于本發(fā)明通氣管管徑小，且坩禍體積較小僅能裝下鐵酸鉍薄膜即可，從而使鐵酸鉍薄膜上方的氧氣形成定向流動，鐵酸鉍薄膜的晶粒在氧氣流動方向吸熱較快，晶粒的生長就較快，使鐵酸鉍薄膜的晶粒生長具有取向性得到有織構特征的鐵酸鉍薄膜。本發(fā)明的定向退火也適合于制備出有織構的其它薄膜，例如La0 3Sr0 7Mn03, BaT13, CoFe2O4薄膜。
[0005]本發(fā)明通過以下技術方案實現:
[0006]一種制備有織構特征的鐵酸鉍薄膜的裝置，包括坩禍體和坩禍蓋；所述坩禍蓋與所述坩禍體配合，用于密封所述坩禍體；所述坩禍體包含底面和側壁，所述坩禍體的內腔用于放置鐵酸鉍薄膜；所述坩禍體的側壁對稱設置有兩個相同的通氣孔；所述每個通氣孔均插接有通氣管。
[0007]進一步，所述通氣管為石英管或者耐高溫合金管。
[0008]進一步，所述坩禍體為圓柱體、正方體或者長方體。
[0009]進一步，所述通氣管的外周面為階梯形，所述通氣管含有大端和小端，其小端插接于所述坩禍體側壁上的通氣孔內；其大端插接于與氣瓶連接的石英管內，并用橡膠密封。
[0010]進一步，所述通氣孔的孔徑小于0.5cm。
[0011]使用上述的裝置制備有織構特征的鐵酸鉍薄膜的方法，包括以下步驟:
[0012]首先在基片上沉積鐵酸鉍薄膜；
[0013]鐵酸鉍薄膜定向退火:把沉積有鐵酸鉍薄膜的基片放置在托盤上，然后把托盤放置在坩禍體內，使通氣管的軸線穿過鐵酸鉍薄膜，蓋上坩禍蓋；所述裝置放置在管式爐中，使用管式爐加熱退火；退火溫度為580?630°C，時間為6?10小時；退火過程中，坩禍體側壁上連接的兩根通氣管一根輸入氧氣，另一根排出氧氣，使氧氣在鐵酸鉍薄膜表面形成定向流動，從而得到有織構特征的鐵酸秘薄膜。
[0014]進一步，采用溶膠-凝膠方法、化學溶液沉積法、化學氣相沉積方法、脈沖激光沉積方法、分子束外延和磁控濺射方法其中一種方法在基片上沉積鐵酸鉍薄膜。
[0015]一種有織構特征的鐵酸鉍薄膜太陽能電池的制備方法，使用上述制備有織構特征的鐵酸鉍薄膜的方法制備太陽能電池中的鐵酸鉍薄膜。
[0016]進一步，具體包括以下步驟:
[0017]首先在基片上沉積下電極；再在下電極上沉積鐵酸鉍薄膜，然后對鐵酸鉍薄膜定向退火得到有織構特征的鐵酸鉍薄膜；最后在有織構特征的鐵電薄膜上制備下電極，最終得到由下電極、有織構特征的鐵酸鉍薄膜、上電極組成的三明治結構的太陽能電池。
[0018]進一步，采用溶膠-凝膠方法、化學溶液沉積法、化學氣相沉積方法、脈沖激光沉積方法、分子束外延和磁控濺射方法其中一種方法在基片上沉積下電極；將掩膜版置于有織構特征的鐵酸鉍薄膜表面上，通過蒸鍍或沉積的方法鍍上金屬或金屬氧化物薄膜為上電極。
[0019]本發(fā)明的有益效果:
[0020]本發(fā)明的制備有織構特征的鐵酸鉍薄膜太陽能電池的裝置，坩禍體的側壁對稱設置有兩個相同的通氣孔，每個通氣孔均連接有一根通氣管。所述通氣管還與氣瓶連通。本發(fā)明的制備有織構的BFO薄膜的方法，通過已有方法在基板上沉積BFO薄膜，再將沉積有BFO薄膜的基板放置在本發(fā)明裝置的坩禍內腔，使通氣管的中心線穿過BFO薄膜，本發(fā)明裝置放入在管式爐中對BFO薄膜進行退火。退火過程中，氧氣通過通氣管在坩禍內流通，氧氣在BFO薄膜的表面形成定向流動，從而使鐵酸秘薄膜的晶粒在氧氣流動的方向吸熱較快，晶粒生長較快，得到有織構特征的鐵酸鉍薄膜。運用方法將太陽能電池中的BFO薄膜制備為有織構的BFO薄膜，從而得到有織構的BFO薄膜太陽能電池。較傳統管式爐退火:BF0薄膜置于管式爐配備的石英管中，由于石英管管徑較大，要使氧氣在鐵酸鉍薄膜表面形成定向流動需要大量的氧氣。使用本發(fā)明的裝置對鐵酸鉍薄膜進行定向退火，需要很少的氧氣就能使氧氣在鐵酸鉍薄膜表面的氧氣形成定向流動，從而使鐵酸鉍薄膜形成織構特征。相同氧氣流量下，本發(fā)明的裝置更容易使鐵酸鉍薄膜表面的氧氣形成定向流動，從而使鐵酸鉍薄膜形成織構特征；同時，本發(fā)明的裝置結構簡單，方便裝、取鐵酸鉍薄膜。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明所用坩禍結構圖；
[0022]圖2是本發(fā)明所用坩禍連接石英管并裝入鐵酸鉍薄膜后結構示意圖；
[0023]圖3是通過一般管式爐進行退火之后得到的BFO薄膜的表面形貌圖；
[0024]圖4是通過本發(fā)明方法所制備的BFO薄膜的觀察面積為的表面形貌；
[0025]圖5是通過脈沖激光沉積法在STO襯底上制備的BFO薄膜的XRD圖；
[0026]圖6是通過本發(fā)明方法所制備的BFO薄膜的表面形貌。
[0027]附圖標記
[0028]1-1甘禍體；2_ i甘禍蓋； 3_i甘禍；4-石英托盤；
[0029]5-BF0薄膜；6-通氣管；7_石英管； 8_氣瓶；
[0030]9-管式爐；11-通氣孔。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0032]如圖1和圖2所示，一種制備有織構特征的鐵酸鉍薄膜的裝置3，包括坩禍體I和坩禍蓋2 ;所述坩禍蓋2與所述坩禍體I配合，用于密封所述坩禍體I ;所述坩禍體I包含底面和側壁，所述坩禍體的內腔用于放置鐵酸鉍薄膜；所述坩禍體I的側壁對稱設置有兩個相同的通氣孔11 ;所述每個通氣孔11均插接有通氣管6，通氣管6為石英管或者耐高溫合金管。
[0033]本實施例的通氣管6為耐高溫合金管。所述通氣管6的外周面為階梯形，所述通氣管6含有大端和小端，其小端插接于所述坩禍體側壁上的通氣孔11內；其大端插接于與氣瓶8連接的石英管7內，并用橡膠密封。
[0034]所述坩禍體I為圓柱體、正方體或者長方體。
[0035]所述通氣孔的孔