[發明專利]一種禁帶寬度可縮小的氧化亞銅薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 202010137045.9
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111321443B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 宋瑛;楊建林;王學雷
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: C25D9/04
• 分類號: C25D9/04;C25D5/54;C25D5/50;H01L31/032
• 代理公司: 北京華夏正合知識產權代理事務所(普通合伙) 11017
• 代理人: 陳曉寧;韓惠琴

本發明公開了一種禁帶寬度可縮小的氧化亞銅薄膜的制備方法，包括：(a)依次采用無水乙醇、丙酮清洗ITO襯底，后用二次純水洗凈，在室溫環境下用氮氣吹干；(b)稱量CuSO₄溶于二次純水中并加入乳酸，再用KOH溶液調節使所配溶液的pH值為11.5～13.5；(c)電化學沉積，以ITO襯底為工作電極，鉑片為對電極，Ag/AgCl為參比電極；(d)控制溶液溫度為40℃，沉積電流為?1～?3mA/cm²，沉積時間為5～15min；(e)沉積薄膜用二次純水洗凈，自然晾干，得到氧化亞銅薄膜；(f)將氧化亞銅薄膜放入退火爐中，O₂氣氛下進行退火處理，自然冷卻至室溫后取出。本發明實現了氧化亞銅薄膜的禁帶寬度由2.3eV縮小至2.1～1.9eV范圍內，將獲得的薄膜應用于太陽能電池可提高太陽能電池光吸收率。

技術領域

本發明屬于新能源材料技術領域，具體涉及一種禁帶寬度可縮小的氧化亞銅薄膜的制備方法。

背景技術

氧化亞銅(Cu₂O)不僅成本低，還具有原材料豐富、環境友好等優點，在太陽能電池、傳感器、磁器件和光催化等方面具有廣泛的應用前景。通常氧化亞銅是一種非常重要的p-型半導體材料，其采用的制備技術對薄膜的微觀結構及光電特性有較大的影響。隨制備方法的不同，其導電類型(n型和p型)和禁帶寬度(1.9～2.4e V之間)有所不同。主要的制備技術有熱氧化、磁控濺射、電化學沉積、脈沖激光沉積和原子層沉積等，不同的制備方法都有其自身的優缺點。太陽能電池的吸收層材料，其禁帶寬度最佳值約1.5eV時能吸收波長小于826nm的光譜，光吸收范圍寬。氧化亞銅作為太陽能電池的光吸收層材料，其理論轉換效率高，但由于禁帶寬度較寬，大于太陽能電池的最佳值而存在光吸收不太理想的缺點，從而導致實際轉換效率較低。因此，對于太陽電池的應用，選擇合適的技術調控Cu₂O薄膜材料的禁帶寬度改善光吸收率尤為關鍵。

發明人前期在文獻“Song Y,Ichimura M.Improvement of electrochemicallydeposited Cu₂O/ZnO heterojunction solar cells by modulation of depositioncurrent[J].Japanese Journal of Applied Physics,2012,51(10S):10NC39”中公開了一種Cu₂O/ZnO太陽能電池的制備方法，通過調變氧化亞銅的沉積電流密度提高了光電轉換效率。

文獻中光電性能測試結果顯示，太陽能電池的光吸收層-電化學沉積制備的氧化亞銅薄膜的禁帶寬度較寬。低電流密度下制備的氧化亞銅薄膜禁帶寬度約為2.3eV，較高電流密度下沉積的薄膜禁帶寬度為2.1eV，但隨著電流密度的增加產生雜質而導致光電轉換效率仍較低。采用調節電流密度能適當縮小氧化亞銅薄膜禁帶寬度，但只能吸收波長小于590nm的光譜，相比之下光吸收范圍比理想值較窄，同時產生雜質導致太陽能電池轉換效率低至不足1％。

發明內容

為了克服氧化亞銅禁帶寬度較寬而光吸收不理想的問題，本發明提供了一種禁帶寬度可縮小的氧化亞銅薄膜的制備方法，獲得禁帶寬度較小的氧化亞銅薄膜材料，與此同時控制氧化亞銅薄膜材料的導電類型、晶粒取向和結晶度，為改善氧化亞銅太陽能電池光電轉換效率提供一種制備工藝簡單、成本低廉且禁帶寬度較小的薄膜制備技術。

為了解決上述技術問題，本發明通過以下技術方案來實現：本發明提供一種禁帶寬度可縮小的氧化亞銅薄膜的制備方法，包括以下步驟：

(a)依次采用無水乙醇、丙酮超聲清洗ITO襯底10～20min，后用二次純水洗凈，在室溫環境下用氮氣吹干；

(b)稱量0.2M的CuSO₄溶于20ml二次純水中并加入1.6M的乳酸，再用KOH溶液調節使所配溶液的pH值為11.5～13.5；