[發明專利]一種梯度鐵電薄膜太陽能電池的制備方法

有效

• 申請號: 201210163042.8
• 申請日: 2012-05-24
• 公開（公告）號: CN102651428A
• 公開（公告）日: 2012-08-29
• 發明（設計）人: 邱建華;丁建寧;袁寧一;陳智慧;王秀琴
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/032;C23C14/35;C23C14/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明屬于半導體材料技術領域，具體涉及一種鐵電薄膜太陽能電池的制備方法，尤其是指一種基于梯度BiFeO₃薄膜的太陽能電池。

背景技術

在過去幾十年中，人們在鐵電體這種非中心對稱材料中發現了不同于傳統p-n結或肖特基結的另一種光伏效應機制，即所謂的鐵電光伏效應；利用鐵電光伏效應的太陽能電池具有許多優異的特點，例如：電池結構設計簡單；光誘導的電壓可以不受半導體材料帶隙的限制而能產生非常大的電壓；產生的光電流正比于鐵電極化強度等；因此，鐵電材料的光伏效應在光電子和太陽能器件方面具有非常大的應用潛力，但是，由于鐵電材料具有相對較寬的帶隙和較大的內阻，其產生的短路電流密度和光電轉換效率均較低。

近來，研究者們在多鐵性材料BiFeO₃單晶和薄膜中發現了一個大的光伏效應；較窄的光學帶隙（2.2?eV），高的飽和極化強度(90μC/cm²)和大的穩態光電流密度（7.35μA/cm²）使BiFeO₃材料在光伏器件方面的應用成為可能，如[T.?Choi,?S.?Lee,?Y.?J.?Choi,?V.?Kiryukhin,?and?S.?W.?Cheong,?Science,324,?63?(2009).]，此后，對多鐵性BiFeO₃材料光伏效應的研究吸引了越來越多的關注；Yang等人研究了薄膜厚度對BiFeO₃光伏效應的影響?[S.?Y.?Yang,?L.?W.?Martin,?S.?J.?Byrnes,?T.?E.?Conry,?S.?R.?Basu,?D.?Paran,?L.?Reichertz,?J.?Ihlefeld,?C.?Adamo,?A.?Melville,?Y.?H.?Chu,?C.?H.?Yang,?J.?L.?Musfeldt,?D.?G.?Schlom,?J.?W.?Ager?III,?and?R.?Ramesh,?Appl.?Phys.?Lett.?95,?062909?(2009).]；Jiang等人利用脈沖激光沉積方法在藍寶石基底上制備了BiFeO₃薄膜，研究了氧壓力對薄膜微結構、光學性質、電子能帶結構的影響[K.?Jiang,?J.?J.?Zhu,J.?D.?Wu,?J.?Sun,?Z.?G.?Hu,?and?J.?H.?Chu,?ACS?Applied?Materials?&?Interfaces,?3,?4844?(2011).]；另有研究表明，采用氧化物作為多晶BiFeO₃薄膜的電極，此電容結構比金屬電極電容結構具有更大的光伏效應[B.?Chen,M.?Li,?Y.?W.?Liu,?Z.?H.?Zuo,?F.?Zhuge,?Q.?F.?Zhan,?and?R.?W.?Li,?Nanotechnology,?22,?195201?(2011).?M.?Qin,?K.?Yao,?and?Y.?C.?Liang,?Appl.?Phys.?Lett.?95,?022912?(2009).?F.?Chen,?X.?l.?Tan,?Z.?Huang,?X.?F?Xuan,?and?W.?B.?Wu,?Appl.?Phys.?Lett.?96,?262902?(2010).]；此外，薄膜與基底之間由于晶格不匹配而產生的應力也能夠極大地減小BiFeO₃薄膜的帶隙，從而能提高其光伏效應?[Z.?Fu,?Z.?G.?Yin,?N.?F.?Chen,?X.?W.?Zhang,?H.?Zhang,?Y.?M.?Bai,?and?J.?L.?Wu,?Phys.?Status?Solidi?RRL,?6,?37?(2012).?O.?E.?González-Vázquez,?and?J.?í?iguez,?Phys.?Rev.?B,?79,?064102?(2009).]；雖然BiFeO₃薄膜的光伏效應以及基于BiFeO₃薄膜太陽能電池的制備已有一些文獻報道，但所涉及到的BiFeO₃薄膜僅止于單層薄膜，多層光學帶隙梯度的BiFeO₃薄膜光伏效應的研究還未見報道，更未見梯度BiFeO₃薄膜太陽能電池的制備。