一维链状晶体结构硒化锑薄膜及提高其空穴浓度的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高一维链状晶体结构硒化锑薄膜空穴浓度的方法，其中，该方法包括：将掺杂剂和硒化锑以粉末形式充分混合，形成混合粉末，所述掺杂剂包括第Ⅳ主族元素单质或含有第Ⅳ主族元素的硒化物；将所述混合粉末进行烧结再研磨，得到掺杂粉末；将所述掺杂粉末作为蒸发源，通过气相转移沉积法得到掺杂硒化锑薄膜，所述掺杂硒化锑薄膜中的锑元素被所述掺杂剂中的第Ⅳ主族元素替换。选用第Ⅳ主族元素单质或含有第Ⅳ主族元素的硒化物作为掺杂剂对硒化锑进行掺杂，实验研究表明，使用该掺杂剂能够将硒化锑薄膜的空穴载流子浓度提升至1

【技术实现步骤摘要】
一维链状晶体结构硒化锑薄膜及提高其空穴浓度的方法


[0001]本专利技术属于半导体光电材料及薄膜
，更具体地，涉及一种一维链状晶体结构硒化锑薄膜及提高一维链状晶体结构硒化锑薄膜空穴浓度的方法。

技术介绍

[0002]硒化锑具有独特的一维链状晶体结构，晶体中的[Sb4Se6]n
链以范德华力的方式相互作用，呈现较强各向异性。硒化锑的间接带隙宽度为1.03eV，直接带隙宽度为1.17eV，理论效率可达30％以上；吸光系数大，在可见光波段的吸光系数可达105cm
‑1，适于发展薄膜太阳能电池。
[0003]相关研究结果表明，硒化锑薄膜的空穴载流子浓度约为10
13
cm
‑3，而深缺陷浓度为10
14
～10
16
cm
‑3。器件仿真分析表明，在不考虑复合机制变化的情况下，载流子浓度每提高一个量级，则硒化锑薄膜太阳能电池的开路电压可提高60mV，当硒化锑薄膜的空穴载流子浓度达到1
×
10
16
cm
‑3左右时，器件性能最佳并趋于饱和。目前，为提高硒化锑薄膜空穴载流子浓度，主要进行了以下几个方面的探索：1)尝试用低价阳离子如Na
+
、Mg
2+
、Fe
3+
等去占据Sb位形成替位掺杂，但最终多形成为间隙位掺杂，导致电子载流子浓度上升，呈n型掺杂效果；2)尝试用I
‑
、Cl
‑
等低价阴离子形成间隙位掺杂，但第一性原理计算表明I
Se
、Cl
Se
等替位掺杂形成能较低，最终掺杂薄膜仍表现为n型掺杂效果。传统半导体多呈三维立体结构，而硒化锑是一种具有特殊一维链状晶体结构的半导体，其链间以范德华力相结合，所适用的掺杂理论和方法完全不同。因此，针对硒化锑晶体的结构特性，设计合适的掺杂方法，提高其空穴载流子浓度，对进一步提升硒化锑薄膜太阳能电池的器件性能具有重要意义。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种提高一维链状晶体结构硒化锑薄膜空穴浓度的方法，其目的在于提高硒化锑薄膜的空穴浓度，解决现有硒化锑薄膜空穴载流子浓度低、易形成n型掺杂的技术问题。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种提高一维链状晶体结构硒化锑薄膜空穴浓度的方法，其包括：
[0006]将掺杂剂和硒化锑以粉末形式充分混合，形成混合粉末，所述掺杂剂包括第Ⅳ主族元素单质或含有第Ⅳ主族元素的硒化物；
[0007]将所述混合粉末进行烧结再研磨，得到掺杂粉末；
[0008]将所述掺杂粉末作为蒸发源，通过气相转移沉积法得到掺杂硒化锑薄膜，所述掺杂硒化锑薄膜中的锑元素被所述掺杂剂中的第Ⅳ主族元素替换。
[0009]优选地，所述掺杂剂包括Pb或PbSe。
[0010]优选地，所述掺杂剂和所述硒化锑的混合摩尔比不超过1：100。
[0011]优选地，将所述混合粉末进行烧结再研磨，得到掺杂粉末，包括：
[0012]将所述混合粉末放入密封隔绝的石英管中，抽真空使所述石英管的管内真空度低
于10
‑5Pa；
[0013]加热所述石英管，在650℃～750℃的条件下加热烧制8～24个小时；
[0014]自然冷却后将烧结样品取出，研磨成粉末，得到所述掺杂粉末。
[0015]优选地，
[0016]将所述掺杂粉末作为蒸发源，通过气相转移沉积法得到掺杂硒化锑薄膜，包括：
[0017]将掺杂粉末和衬底置于管式炉中，固定上真空法兰并开始抽真空；
[0018]当管式炉腔室真空度降至3.4Pa后开始运行加热程序，所述加热程序包括：在26分钟内将温度升高至510～540℃，并维持2～4分钟后停止加热；
[0019]待所述加热程序终止后，取出所述衬底，得到形成于所述衬底上的硒化锑薄膜。
[0020]优选地，所述衬底包括钙钠玻璃、石英玻璃、ITO透明导电玻璃或FTO透明导电玻璃中的任一种。
[0021]优选地，所述衬底包括ITO透明导电玻璃或FTO透明导电玻璃，所述ITO透明导电玻璃或FTO透明导电玻璃表面沉积有CdS薄膜。
[0022]按照本专利技术的第二方面，提供了一种一维链状晶体结构硒化锑薄膜，其包括硒化锑本体以及掺杂于硒化锑本体中的掺杂剂，所述掺杂剂包括第Ⅳ主族元素单质或含有第Ⅳ主族元素的硒化物。
[0023]优选地，所述掺杂剂和所述硒化锑本体的摩尔比不超过1：100。
[0024]本专利技术针对硒化锑薄膜独特的一维链状晶体结构特性，选用第Ⅳ主族元素单质或含有第Ⅳ主族元素的硒化物作为掺杂剂对硒化锑进行掺杂，实验研究表明，使用该掺杂剂能够将硒化锑薄膜的空穴载流子浓度提升至1
×
10
16
cm
‑3以上。
附图说明
[0025]图1是本申请一实施例中的提高一维链状晶体结构硒化锑薄膜空穴浓度的方法的步骤流程图；
[0026]图2是本申请一实施例中的管式炉装置示意图；
[0027]图3是硒化锑晶体结构图；
[0028]图4是本申请一实施例中的硒化锑薄膜的XRD图谱；
[0029]图5是本申请一实施例中的硒化锑薄膜的透过率曲线；
[0030]图6是本申请一实施例中的硒化锑薄膜的电流电压曲线；
[0031]图7是本申请一实施例中掺杂粉末圆片的载流子浓度变化图。
具体实施方式
[0032]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0033]如图1所示为提高一维链状晶体结构硒化锑薄膜空穴浓度的方法的步骤流程图，该制备方法包括：
[0034]步骤S100：将掺杂剂和硒化锑以粉末形式充分混合，形成混合粉末，掺杂剂包括第
Ⅳ
主族元素单质或含有第Ⅳ主族元素的硒化物。
[0035]在一实施例中，可以将掺杂剂粉末和硒化锑粉末以一定摩尔比充分混合。其中，掺杂剂粉末和硒化锑粉末的摩尔比不超过1：100，以避免形成合金相。
[0036]在一实施例中，第Ⅳ主族元素可包括碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)和铅(Pb)中的任一种，优选单质Pb或化合物PbSe。
[0037]步骤S200：将混合粉末进行烧结再研磨，得到掺杂粉末。
[0038]在一实施例中，烧结研磨的具体过程包括：
[0039]步骤S201，将混合粉末放入干净石英管中，并在石英管封口处填充一个石英柱，抽真空使管内真空度低于10
‑5Pa，用氢氧焰枪使石英管受热玻璃化并与内部石英柱黏连，产生密本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高一维链状晶体结构硒化锑薄膜空穴浓度的方法，其特征在于，包括：将掺杂剂和硒化锑以粉末形式充分混合，形成混合粉末，所述掺杂剂包括第Ⅳ主族元素单质或含有第Ⅳ主族元素的硒化物；将所述混合粉末进行烧结再研磨，得到掺杂粉末；将所述掺杂粉末作为蒸发源，通过气相转移沉积法得到掺杂硒化锑薄膜，所述掺杂硒化锑薄膜中的锑元素被所述掺杂剂中的第Ⅳ主族元素替换。2.如权利要求1所述的提高一维链状晶体结构硒化锑薄膜空穴浓度的方法，其特征在于，所述掺杂剂包括Pb或PbSe。3.如权利要求1所述的提高一维链状晶体结构硒化锑薄膜空穴浓度的方法，其特征在于，所述掺杂剂和所述硒化锑的混合摩尔比不超过1：100。4.如权利要求1所述的提高一维链状晶体结构硒化锑薄膜空穴浓度的方法，其特征在于，将所述混合粉末进行烧结再研磨，得到掺杂粉末，包括：将所述混合粉末放入密封隔绝的石英管中，抽真空使所述石英管的管内真空度低于10
‑5Pa；加热所述石英管，在650℃～750℃的条件下加热烧制8～24个小时；自然冷却后将烧结样品取出，研磨成粉末，得到所述掺杂粉末。5.如权利要求1所述的提高一维链状晶体结构硒化锑薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐江，鲁帅成，陈超，高亮，李康华，卢岳，
申请(专利权)人：华中科技大学温州先进制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：