[發(fā)明專利]氮化銅薄膜太陽能電池及其制備方法

在審

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• 申請日: 2019-11-13
• 公開（公告）號: CN111009589A
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發(fā)明（設計）人: 黃仕華;康橋;李林華;李興達;陳達
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江師范大學
• 主分類號: H01L31/068
• 分類號: H01L31/068;H01L31/032;H01L31/18;C23C14/06;C23C14/04;C23C14/18;C23C14/24;C23C14/54
• 代理公司: 杭州之江專利事務所(普通合伙) 33216
• 代理人: 朱楓

本發(fā)明公開了一種氮化銅薄膜太陽能電池及其制備方法，電池自下而上包括如下結(jié)構(gòu)：ITO玻璃\鎂摻雜氮化銅薄膜\組分漸變氮化銅薄膜\硒摻雜氮化銅薄膜\ITO薄膜\銀電極，其中組分漸變氮化銅薄膜中，氮的含量自下而上逐漸變大。本發(fā)明的氮化銅薄膜利用反應磁控濺射方法制備，通過調(diào)節(jié)反應氣體(氮氣)的流量，獲得禁帶寬度逐漸變化的氮化銅薄膜，拓寬了薄膜對太陽光吸收的光譜范圍。

技術領域

本發(fā)明屬于薄膜太陽能電池技術領域，具體涉及一種氮化銅薄膜太陽能電池及其制備方法。

背景技術

盡管目前晶體硅太陽能電池占據(jù)了光伏市場的90％以上的份額，但是薄膜太陽能電池在建筑幕墻玻璃、汽車玻璃等方面應用具有明顯的優(yōu)勢。目前薄膜太陽能電池主要有非晶硅薄膜電池、銅銦鎵硒薄膜電池、碲化鎘薄膜電池、鈣鈦礦薄膜電池等。但是目前這些薄膜電池在成本、環(huán)保、元素儲量、穩(wěn)定性等方面存在一定的局限性，因此，綠色環(huán)保、儲量豐富、成本低廉的新型薄膜太陽能電池逐漸成為人們關注的熱點，也是未來薄膜太陽能電池發(fā)展的主流方向。新型太陽能電池材料的一般要滿足以下要求：(1)光吸收系數(shù)高；(2)帶隙寬度為1.1～1.8eV；(3)對環(huán)境友好、地球上儲量豐富、成本低；(4)制備工藝簡單，能大規(guī)模、大面積生產(chǎn)；(4)長期穩(wěn)定性號，沒有明顯的衰減。

近年來，無毒、廉價、儲量豐富的氮化銅(Cu₃N)新型光伏材料受到人們的青睞，對其光電特性已經(jīng)展開了廣泛的研究，但是作為薄膜太陽能電池還未見報道。氮化銅是由氮原子和銅原子以離子鍵與共價鍵共同存在的形式相結(jié)合的，具有較高的光學吸收系數(shù)，通過改變氮原子和銅原子比例來調(diào)節(jié)禁帶寬度(1.2～1.8eV)，非常適合作為薄膜太陽能電池材料。同時，氮化銅為簡單二元化合物，可以在低溫和簡單工藝條件下實現(xiàn)高質(zhì)量、大面積的薄膜生長。利用鈦、錳、鐵、鈷、鎳、鋅等過渡金屬摻雜，氮化銅的光電特性可以發(fā)生很大的改變，為氮化銅應用于光電器件打下來基礎。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種禁帶寬度漸變的氮化銅薄膜太陽能電池及其制備方法。

為實現(xiàn)第一個發(fā)明目的，所采用的技術方案是這樣的：

氮化銅薄膜太陽能電池，其特征在于：自下而上包括如下結(jié)構(gòu)：ITO玻璃\鎂摻雜氮化銅薄膜\組分漸變氮化銅薄膜\硒摻雜氮化銅薄膜\ITO薄膜\銀電極，其中組分漸變氮化銅薄膜中，氮的含量自下而上逐漸變大。

所述的組分漸變氮化銅薄膜的厚度為500nm，分為10層，每層50nm，氮的含量自下而上逐漸變大。

為實現(xiàn)第二個發(fā)明目的，所采用的技術方案是這樣的：

氮化銅薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)ITO玻璃襯底清洗吹干后放入濺射腔室內(nèi)，玻璃基片的溫度為80～110℃，通入氮氣，氮氣與氬氣的流量比為1:1，氬氣流速控制為10sccm，濺射腔壓強為0.8Pa；銅靶的濺射功率固定為250W，鎂靶的濺射功率為10～15W；至薄膜厚度為30～50nm；

2)待玻璃基片的溫度降低到50～60℃以后，開始生長組分漸變氮化銅薄膜；濺射腔壓強恒定為0.8Pa，銅靶的濺射功率維持在60W；氬氣流速恒定為10sccm，氮氣與氬氣的流量比開始為1，每沉積50nm薄膜后改變一次氮氣與氬氣流量比，從1.2、1.5、1.9、2.5、3.3、4.2、5.2、6.3依次變化到7.5，以獲得組分漸變的氮化銅薄膜；

3)玻璃基片溫度上升至150～180℃，然后開始生長硒摻雜氮化銅薄膜；氮氣與氬氣的流量比為1:1，氬氣流速控制為10sccm，濺射腔壓強為0.8Pa；銅靶的濺射功率固定為250W，硒靶的濺射功率為10～15W，至薄膜厚度為20～30nm；