一種基于二硫化鉬的肖特基異質(zhì)結太陽能電池及其制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于微電子及光電子技術領域，具體地涉及一種基于二硫化鉬的肖特基異 質(zhì)結結太陽能電池及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 化學氣相沉積法（CVD)是制備納米層狀二硫化鉬薄膜的主要方法，它的優(yōu)點是可 以實現(xiàn)批量化，制備工藝簡單，成本低，可以對產(chǎn)物的結構進行有效控制。利用化學氣相沉 積法制備納米層狀二硫化鉬通常是指在高溫條件下通過對鉬的氧化物（M 〇03)或鉬單質(zhì)等 進行還原硫化來制備納米MoS2的方法，其中硫源包括單質(zhì)硫和硫化氫氣體。其優(yōu)點在于可 以制備純度高、結晶程度好的納米MoS 2，可以批量化實現(xiàn)大面積連續(xù)合成，具有較大的應用 價值。
[0003] 金屬鈀的功函數(shù)為5. 12eV，二硫化鉬的功函數(shù)為4. 2eV。兩者結合可以形成肖特 基二極管結構。本發(fā)明通過磁控濺射方法在石英片上沉積金屬鈀薄膜，退火后再利用化學 氣相沉積法在鈀薄膜上沉積二硫化鉬納米層狀薄膜，從而形成肖特基異質(zhì)結太陽電池，但 現(xiàn)有技術中，并沒有上述技術的具體應用實例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種利用化學氣相沉積方法制備納米層狀二 硫化鉬薄膜并與金屬鈀形成異質(zhì)結太陽電池的方法。
[0005] 本發(fā)明提供了一種基于二硫化鉬的肖特基異質(zhì)結太陽能電池制備方法，包括下述 步驟： (1) 清洗石英片，采用丙酮溶液對石英片進行超聲清洗后去除石英片表面的有機污垢， 并采用酒精對所述石英片進行超聲清洗后去除所述石英片表面的丙酮； (2) 利用射頻磁控濺射在石英片表面沉積一層金屬鈀薄膜；磁控濺射的本底真空度為 3 X 10 4 Pa~6. 0 X 10 4 Pa，靶材與襯底距離為10cm，射頻功率為80W~250W，氬氣作為保護氣， 流量為90sccm~150sccm，工作氣壓為I. 5Pa~5Pa，派射時間為15min~40min ; (3) 為了使沉積鈀薄膜表面更加平整，改善鈀薄膜的界面，將上述制備的鈀薄膜在通氬 氣條件下進行退火處理，其中退火溫度為300~500°C，退火時間為20min~40min ;所得試樣 記為A ; (4) 用石英舟盛lg~5g純度為99. 99%的三氧化鉬粉末置于退火爐中心區(qū)域，將試樣A 有鈀薄膜的一面朝下，放于裝有三氧化鉬粉末的石英舟上方；在石英管入氣口附近用另一 石英舟盛2g~10g的純度為99. 9%的硫粉；升溫前，先以20〇SCCm的流量通入氬氣20min以 排除石英管內(nèi)的空氣，升溫時以50~150s CCm的流量通入氬氣作為保護氣；在20min左右將 退火爐中心升溫至550°C，然后在20~60min內(nèi)，將退火爐升溫至700~900°C，其中硫粉處溫 度在IKTC左右；保持5min~25min后，停止加熱自然冷卻，在鈀薄膜上生長形成二硫化鉬薄 膜，其厚度為15nm~50nm ; (5) 利用熱蒸發(fā)方法在所述二硫化鉬上制備Au/Ti復合電極； (6) 對經(jīng)上述步驟形成的電池進行退火處理，退火溫度為300~500°C，退火時間為 20~40min。
[0006] 進一步的，本發(fā)明提供了一種采用上述制備方法獲得的肖特基異質(zhì)結太陽能電 池，其特征在于，所述電池的各層從下往上依次為石英片、鈀薄膜、二硫化鉬薄膜、Ti薄膜和 Au薄膜。
[0007] 本發(fā)明提供化學氣相沉積法制備納米層狀二硫化鉬薄膜方法，獲得厚度均勻載流 子迀移率高的薄膜。將其應用于肖特基異質(zhì)結太陽電池制備。該方法簡單易行，成本低，具 有工業(yè)化生產(chǎn)潛力。
【附圖說明】
[0008] 圖1一種基于二硫化鉬的肖特基異質(zhì)結太陽能電池結構示意圖； 圖2化學氣相沉積法制備二硫化鉬薄膜方法的裝置示意圖； 圖中1、Ti/Au復合電極，2、二硫化鉬薄膜，3、鈀薄膜，4、石英片，5、沉積襯底，6、三氧化 鉬粉末，7、硫粉末，8、Ar氣入氣口，9、Ar氣出氣口。
【具體實施方式】
[0009] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0010] 本發(fā)明提供的肖特基異質(zhì)結太陽電池的制備技術，包括：磁控濺射法沉積金屬鈀 薄膜；化學氣相沉積發(fā)制備二硫化鉬薄膜。
[0011] 本發(fā)明提供化學氣相沉積法獲得大面積、厚度均勻且具有較高載流子迀移率的二 硫化鉬薄膜，并將其應用于肖特基異質(zhì)結太陽電池制備。該方法簡單易行，成本低，性能優(yōu) 良。
[0012] 圖1是本發(fā)明實施例提供的肖特基異質(zhì)結太陽電池結構示意圖。本發(fā)明提出的肖 特基異質(zhì)結太陽電池，采用磁控濺射法制備一定厚度的金屬鈀薄膜，經(jīng)退火后利用化學氣 相沉積法在其上生長二硫化鉬薄膜，形成肖特基異質(zhì)結，電池制備工藝簡單，具有很高的光 電轉換效率。
[0013] 電池結構如圖1所示，從下往上依次為石英片4、鈀薄膜3、二硫化鉬薄膜2、Ti/Au 復合電極I ;Au電極厚度為40nm~60nm，Ti電極厚度為3nm~8nm，石英片厚度為3mm~8mm，鈀 薄膜厚度為20nm~50nm，二硫化鉬薄膜厚度為15nm~50nm。
[0014]圖2是化學氣相沉積法制備二硫化鉬薄膜方法的裝置示意圖。其中5為沉積襯底， 6為三氧化鉬粉末，7為硫粉末，8為Ar氣入氣口，9為Ar氣出氣口。其中純度為99. 9%的硫 粉2g~10g，純度為99. 99%的三氧化鉬粉末lg~5g，氬氣作為保護氣流量為5〇CCm~15〇SCCm。
[0015] 本發(fā)明的肖特基異質(zhì)結太陽能電池的制備方法，包括以下步驟： (1)清洗石英片4,采用丙酮溶液對石英片4進行超聲清洗后去除石英片4表面的有機 污垢，并采用酒精對所述石英片4進行超聲清洗后去除所述石英片4表面的丙酮； (2) 利用射頻磁控濺射在石英片4表面沉積一層金屬鈀薄膜3 ;磁控濺射的本底真空度 為3X 10 4 Pa~6. OX 10 4 Pa靶材與襯底距離為10cm，射頻功率為80W~250W，氬氣作為保護 氣，流量為90sccm~150sccm，工作氣壓為I. 5Pa~5Pa，派射時間為15min~40min ; (3) 為了使沉積鈀薄膜3表面更加平整，改善鈀薄膜3的界面，將上述制備的鈀薄膜3 在通Ar條件下進行退火處理，其中退火溫度為300~500°C，退火時間為20min~40min ;制得 試樣A ; (4) 如附圖2所示，用石英舟盛lg~5g純度為99. 99%的三氧化鉬粉末6置于退火爐 中心區(qū)域，將試樣A有鈀薄膜3的一面朝下，放于裝有三氧化鉬粉末6的石英舟上方；在石 英管入氣口附近用另一石英舟盛2g~10g的純度為99. 9%的硫粉7 ;升溫前，先以20〇SCCm 的流量通入Ar 20min以排除石英管內(nèi)的空氣，升溫時以50~150sCCm的流量通入Ar作為 保護氣；在20min左右將退火爐中心升溫至550°C，然后在20~60min內(nèi)，將退火爐升溫至 700~900°C，其中硫粉7處溫度在110°C左右；保持5min~25min后，停止加熱自然冷卻，在鈀 薄膜3上生長形成二硫化鉬薄膜2,其厚度為15nm~50nm ; (5) 利用熱蒸發(fā)方法在所述二硫化鉬2上制備Au/Ti復合電極1 ; (6) 對電池進行退火處理，溫度為300~500°C，時間為20~40min。
[0016] 現(xiàn)借助具體實例進一步詳細說明本發(fā)明提供的基于二硫化鉬的肖特基異質(zhì)結太 陽能電池的制備方法： 實例1: (1) 清洗石英片4,采用丙酮溶液對石英片4進行超聲清洗后去除石英片4表面的有機 污垢，并采用酒精對所述石英片4進行超聲清洗后去除所述石英片4表面的丙酮； (2) 利用射頻磁控濺射在石英片4表面沉積一層靶薄膜3。Ar作為保護氣；其中磁控 濺射本底真空度為3 X 10 4 Pa，靶材與襯底距離為10cm，射頻功率為80W，Ar氣作為保護氣 流量為9〇SCCm，工作氣壓為I. 5Pa，濺射時間為15min，制得鈀薄膜3厚度為20nm ; (3) 將上述制備的鈀薄膜3在通Ar條件下以300°C溫度進行退火處理20min，得試樣 A； (4) 如附圖2所示，用石英舟盛lg~5g純度為99. 99%的三氧化鉬粉末6置于退火爐中 心區(qū)域，將試樣A有鈀薄膜3的一面朝下，放于裝有三氧化鉬粉末6的石英舟上方；在石英 管入氣口附近用另一石英舟盛2g的純度為99. 9%的硫粉；升溫前，先以20〇Sccm的流量通 入Ar 20min以排除石英管內(nèi)的空氣，升溫時以50sccm的流量通入Ar作為保護氣；在20min 內(nèi)將退火爐中心升溫至550°C，然后在60min內(nèi)，將退火爐升溫至700°C，其中硫粉7處溫度 在110°C左右；保持5min后，停止加熱自然冷卻，在鈀薄膜3上生長形成厚度為15nm的二 硫化鉬薄膜2 ; (5) 利用熱蒸發(fā)方法在所述二硫化鉬薄膜2上制備Au/Ti厚度為40nm/3nm的上電極； (6) 對電池進行退火處理，退火溫度為400°C，退火時間為35min。
[0017] 實例 2: (1) 清洗石英片4,采用丙酮溶液對石英片4進行超聲清洗后去除石英片4表面的有機 污垢，并采用酒精對所述石英片4進行超聲清洗后去除所述石英片4表面的丙酮； (2) 利用射頻磁控濺射在石英片表面沉積一層靶薄膜。氬氣作為保護氣；其中磁控濺 射本底真空度為4 X 10 4 Pa，靶材與襯底距離為10cm，射頻功率為120W，Ar氣作為保護氣流 量為llOsccm，工作氣壓為2. 5Pa，濺射時間為20min，制得鈀薄膜3厚度為30nm ; (3)將上述制備的鈀薄膜3在通Ar條件下以350°C溫度進行退火處理30min，為試樣 A； (4 )如附圖2所示，用石英舟盛lg~5g純度為99. 99%的三氧化鉬粉末6置于退火爐中心 區(qū)域，將試樣A有鈀薄膜3的一面朝下，放于裝有三氧化鉬粉末6的石英舟上方；在石英管 入氣口附近用另一石英舟盛3g的純度為99. 9%的硫粉7 ;升溫前，先以20〇SCCm的流量通入 氬氣20min以排除石英管內(nèi)的空氣，升溫時以70sccm的流量通入Ar作為保護氣；在20min 內(nèi)將退火爐中心升溫至550°C，然后在60min內(nèi)，將退火爐升溫至750°C，其中硫粉7處溫度 在IKTC左右；保持IOmin后，停止加熱自然冷卻，在鈀薄膜3上生長形成厚度為25nm的二 硫化鉬薄膜2 ; (5) 利用熱蒸發(fā)方法在所述二硫化鉬薄膜2上方制備Au/Ti厚度為45nm/4nm的上電 極； (6) 對電池進行退火處理，退火溫度為300°C，退火時間為20min ; 實例3 : (1) 清洗石英片4,采用丙酮溶液對石英片4進行超聲清洗后去除石英片4表面的有機 污垢，并采用酒精對所述石英片4進行超聲