[發明專利]一種微納米結構鐵酸鉍光伏器件的制備方法

有效

• 申請號: 201710345661.1
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號: CN107104171B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 邱建華;陳召;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;H01L31/0236
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本發明屬于半導體材料技術領域，具體涉及一種微納米結構鐵酸鉍光伏器件的制備方法。該方法利用飛秒激光表面織構技術在襯底表面制備微納米結構，通過磁控濺射方法制備BiFeO₃薄膜和電極，利用飛秒激光在襯底擺動狀態下對薄膜實現激光晶化。本發明通過襯底表面微納米結構的制備以及調控BiFeO₃薄膜的晶粒尺寸，提高了BiFeO₃薄膜光伏器件的光電轉換效率。

技術領域

本發明屬于半導體材料技術領域，具體涉及一種微納米結構鐵酸鉍光伏器件的制備方法。

背景技術

鐵電材料由于在居里溫度以下會產生自發極化，因而體內會形成內電場，這使得鐵電材料內部產生的光生電子－空穴對能夠被有效分離，從而產生鐵電光伏效應。而且，利用鐵電光伏效應制備的光伏器件具有許多傳統硅基太陽能電池所不具備的優異特點，例如，器件結構設計簡單；開路電壓遠高于半導體材料光學帶隙等。因此，基于鐵電光伏效應的光伏器件顯示出極大的應用前景，而目前所涉及到的鐵電材料BiFeO₃薄膜仍然是基于傳統的平面結構。

發明內容

本發明提供了一種微納米結構鐵酸鉍光伏器件的制備方法，包括如下步驟：

(1)襯底清洗

襯底可選擇拋光過的不銹鋼箔片或高純鎳片，依次用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗；

(2)在步驟(1)中處理后的襯底表面制備微納米結構，

具體為，利用飛秒激光表面織構技術在襯底材料表面制備微納米結構，

工藝條件為：大氣氣氛或真空條件下，激光功率為200～600mW，中心波長為800nm，重復頻率為1KHz，激光偏振方向為0°(水平)～90°(垂直)，掃描速度為0.5～2mm/s，掃描行間距為30～100μm，光斑大小為100～300μm，得到表面微納米結構的寬度為10μm，深度為10～50μm，間距為5～50μm；

(3)在步驟(2)得到的微納米結構表面制備BiFeO₃薄膜

采用磁控濺射方法制備BiFeO₃薄膜：靶材選擇Bi_1.1FeO₃陶瓷靶；濺射功率為70～90W，沉積溫度為650～750℃，Ar：O₂的體積流量比為1:15～11:1，腔體壓力為0.01～1.0Pa，

制備的BiFeO₃薄膜的厚度為50～400nm，

由于步驟(2)中將襯底做成粗化面后，該粗糙度較大，在微米級以上，而上面制備的BiFeO₃薄膜厚度是納米級，因此磁控濺射上去的BiFeO₃層依然能夠依附在襯底表面的凹凸走勢上，不足以形成平面表面，從而也實現了凹凸化，而后續制備的上電極層也同樣如此；

(4)對步驟(3)制備的BiFeO₃薄膜進行激光晶化

利用飛秒激光對BiFeO₃薄膜進行激光晶化：將步驟(3)所得的沉積有BiFeO₃薄膜的襯底固定平放于一個可擺動的操作平臺上，并在擺動情況下對BiFeO₃薄膜進行激光照射晶化，

作為優選：操作平臺的臺面為圓形，激光照射晶化時，操作平臺以圓形臺面的垂直中心線為軸均勻地全方位擺動，

操作平臺擺動的振幅為0.5～3.0mm，擺動頻率為600～900次/分鐘，

激光照射時，激光光束從上往下對平臺上的BiFeO₃薄膜進行照射晶化(光束照射方向垂直于擺動前靜止狀態下的操作平臺臺面)，