[發明專利]一種成分連續漸變的半導體合金薄膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710387303.7
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107248534B
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 宋海勝;鄧輝;袁勝杰
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L31/0272
• 分類號: H01L31/0272;H01L31/0296;H01L31/0216
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

本發明公開了一種成分連續漸變的半導體合金薄膜及其制備方法和應用，其中該薄膜的特征有：薄膜為三元硫硒化合物合金，硒成分在X軸方向能夠連續漸變，在Y軸方向和Z軸方向基本不變；該成分連續漸變的半導體合金薄膜作為良好的光吸收層被用于薄膜太陽能電池陣列和光電探測器。其制備方法包括：(1)選取沉積襯底；(2)準備蒸發源；(3)制備半導體合金薄膜。本發明提出的方法能夠在同一條件下沉積成分大范圍連續變化的半導體合金薄膜，制膜速度快，工藝方便，易于實現，穩定可靠，應用范圍廣泛。

技術領域

本發明屬于半導體薄膜材料技術領域，具體地，涉及一種成分連續漸變半導體合金薄膜的制備方法及應用。

背景技術

半導體合金薄膜材料得到快速的發展并被廣泛的應用于光電探測器和太陽能電池中。這類材料(如：銻硫硒，鉍硫硒等)的主要優點是具有可控的光學帶隙和電學性能，能夠很好的匹配光譜特性。例如銻硫硒合金(Sb₂(Se_xS_1-x)₃)結合了單體材料的優點同時也克服了帶隙的不足，它具有大的吸收系數，改變其成分可以調節帶隙從1.1eV到1.7eV。然而半導體合金的成分變化對器件性能的影響巨大，不同成分的合金的制備方法需要不斷發展。目前，半導體合金的制備方法以溶液法為主，每次調節一種成分，工作量繁重，并且容易出現偶然誤差。因此，一次性同時同條件的制備出連續成分連續漸變的半導體合金薄膜是必要的。為了探究合金成分變化對物理特性以及器件性能的影響，高通量的制備方法是發展的趨勢。

發明內容

本發明旨在解決現有技術中存在的技術問題，提出了一種成分連續漸變的半導體合金薄膜及其制備方法和應用。

按照本發明的目的，提供了一種成分連續漸變的半導體合金薄膜，該半導體合金薄膜的成分為三元硫硒化合物；記位于所述半導體合金薄膜表面上、且沿該方向半導體合金薄膜表面的硒元素含量保持不變的方向為Y軸方向，記該半導體合金薄膜的厚度方向為Z軸方向，并且記位于該半導體合金薄膜表面上、且與所述Y軸、所述Z軸分別垂直的方向為X軸方向；

所述半導體合金薄膜中硒元素的原子個數占合金薄膜中硒和硫的原子總數之比在X軸方向上連續漸變，在Y軸和Z軸方向上保持不變。

該半導體合金薄膜中硒元素的含量在制備所述硫硒化合物的原料即硫化物和硒化物這兩個蒸發源中心連線方向即橫軸方向連續漸變，在垂直這兩個蒸發源中心連線方向即縱軸方向不變，在薄膜表面到底部方向即深度方向不變。

優選地，所述的硫硒化合物為Sb₂(Se_xS_1-x)₃或Bi₂(Se_xS_1-x)₃，其中0<x<1。

優選地，所述的硫硒化合物Sb₂(Se_xS_1-x)₃中硒元素的摩爾百分比x在X軸方向連續漸變的范圍為0.09-0.84；所述薄膜在X軸方向的長度為5.5-6.5cm，在Y軸方向的寬度為2-5cm，在Z軸方向的厚度為280nm-550nm。

按照本發明的另一個方面，提供了成分連續漸變的半導體合金薄膜作為吸收層應用于太陽能電池和光電探測器。

按照本發明的另一個方面，提供了成分連續漸變的半導體合金薄膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)選用玻璃、導電玻璃或半導體氧化物薄膜作為襯底，洗凈后在400-500℃條件下加熱；

(2)將硫化物粉末均勻撒在一塊玻璃片上，將硒化物粉末均勻撒在另一塊玻璃片上，使單位面積上的粉末的物質的量不僅在各自玻璃片上相等，而且在兩塊玻璃片上也相等，且均為0.1-0.12mmol/cm²；即得到兩個平面蒸發源；