基于硒化锑纳米棒阵列和N2200的有机无机异质结光电器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于硒化锑纳米棒阵列和N2200的有机无机异质结光电器件及其制备方法。具体是：本发明专利技术提供了一种新型的N2200/Sb2Se3NRAs有机无机异质结，通过旋涂工艺，在硒化锑纳米棒阵列上旋涂一层N2200，形成了N2200/Sb2Se3NRAs异质结。N2200的制备方法是在通过手套箱里进行旋涂而制成，硒化锑纳米棒阵列可通过近空间升华工艺制备而成。本发明专利技术通过构建一种有机无机杂化异质结，制备出了太阳能电池，同时，基于该结构的光电探测器在可见和红外波段具有超高的响应度和探测度，具有潜在的应用价值。在的应用价值。在的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
基于硒化锑纳米棒阵列和N2200的有机无机异质结光电器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光电材料
，具体地说是一种基于硒化锑纳米棒阵列和N2200的有机无机异质结光电器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]硒化锑(Sb2Se3)是具有单一的物相结构、合适的光学带隙(1.1
‑
1.3eV)、高吸光系数(105cm
‑1在600nm)的P型半导体材料，同时因其低成本、低毒、元素丰富易得的显著优势在近几年被研究者所广泛关注。由于硒化锑是一种典型的窄带半导体，因此在近紫外到近红外(300
‑
1100nm)的波段范围内表现出较为良好的光电响应，是一种优秀的光电探测器材料。
[0003]目前，基于硒化锑的研究无论是在太阳能电池还是在光电探测器领域，一般集中在无机异质结材料领域，例如硫化镉和硒化锑形成的异质结。此外，常见的制备异质结的n型材料还包括氧化锌、氧化钛、氧化锡、硫化铟等，制备方法为磁控溅射、水浴沉积等。但是这两种制备方法存在如下问题：1、使用磁控溅射需在真空环境下进行，工艺复杂且存在溅射损伤；2、使用水浴沉积需对废液进行处理，对环境不友好。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是提供一种基于硒化锑纳米棒阵列和N2200的有机无机异质结光电器件及其制备方法，以解决现有磁控溅射、水浴沉积具有工艺复杂、需进行废液处理等的问题。
[0005]本专利技术是这样实现的：
[0006]本专利技术制备出了一种新型的N2200/Sb2Se3NRAs(纳米棒阵列)有机无机异质结，通过旋涂工艺，在硒化锑纳米棒阵列上旋涂一层N2200，形成了N2200/Sb2Se
3 NRAs异质结。N2200的制备方法是在通过手套箱里进行旋涂而制成。
[0007]本专利技术将有机与无机材料相结合，在P型无机材料硒化锑上旋涂n型高分子有机聚合物N2200。有机聚合物N2200具有合适的能级、高电子迁移率和良好溶解性等优点。
[0008]本专利技术制备硒化锑纳米棒阵列时，衬底温度为300℃，源温度530℃，沉积时间80秒，厚度约为2μm。
[0009]本专利技术所使用的N2200分子量为124.3kDa，溶剂为氯苯，浓度为10mg/mL。
[0010]本专利技术所述的旋涂工艺，为高速3000转/分钟，旋涂40秒。
[0011]本专利技术所制备的基于硒化锑纳米棒阵列和N2200的有机无机异质结可用于制备光电探测器、太阳能电池等光电器件。
[0012]基于硒化锑纳米棒阵列和N2200的有机无机异质结制备太阳能电池时，还需要在基于硒化锑纳米棒阵列和N2200的有机无机异质结上制备透明导电层，透明导电层例如可以为IZO/AZO，当然，AZO也可以替换为TCO、BZO、ITO、柔性银纳米线等。本专利技术实施例中IZO
厚度为70nm，AZO厚度为300nm，透明导电层采用磁控溅射工艺。使用溅射气压为0.3～0.5Pa，功率为150～300W。
[0013]由于硒化锑纳米棒阵列和N2200异质结不受晶格匹配的限制，且与传统的n型材料相比具有对环境友好的优势，因此由该异质结制备的太阳能电池具有一定的转换效率，基于该异质结制备出的光电探测器在可见近红外波段具有出色的性能，十分具有发展潜力。
[0014]相比现有技术，本专利技术具有以下优点：1)制备工艺简单，只需通过旋涂工艺就可实现N2200的制备；2)制备过程无污染，无有毒物产生；相比传统n型材料来说，N2200无毒，不需要后续的废液处理；3)基于N2200/Sb2Se3NRAs在可见近红外波段具有较高的响应率(65～171A/W)和探测度(1.60
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～4.22
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Jones)，以及超快的响应上升时间(50.6μs)和下降时间(57.6μs)。
附图说明
[0015]图1是实施例1中所制备的N2200/Sb2Se3纳米棒阵列异质结结构的截面形貌图。
[0016]图2是实施例1中硒化锑薄膜太阳能电池的IV曲线图。
[0017]图3是实施例2中所进行的光电探测器的光电性能测试：(a)不同光照下的光强相关响应度；(b)不同光照下的光强相关探测度；(c)光电探测器的上升和衰减时间曲线。
具体实施方式
[0018]实施例1
[0019]应用本专利技术制备硒化锑太阳能电池：衬底选择沉积有1μm厚的Mo薄膜的玻璃衬底，在600℃条件下进行硒化，随后在近空间升华设备中进行硒化锑纳米棒阵列的沉积，衬底温度300℃，源温度530℃，沉积时间80秒，厚度约为2μm，之后将制备好的浓度为10mg/mL的N2200氯苯溶液以3000转/分钟、40秒的条件在手套箱中进行旋涂，退火台80℃干燥5分钟，N2200薄膜厚度约为150nm，旋涂结束后进行SEM测试，所得结果如图1所示。由图1可以看出，在硒化锑纳米棒阵列的上端形成了半包覆硒化锑的N2200薄膜，N2200与硒化锑纳米棒阵列两者结合形成了纳米棒阵列有机无机异质结结构。
[0020]之后采用磁控溅射技术沉积本征ZnO半导体层，溅射功率为150W，溅射靶材选择纯度为4N的本征ZnO靶材，选择Ar气作为溅射气体，溅射气压约为0.5Pa，衬底温度为常温，厚度约为70nm。采用磁控溅射技术沉积掺铝氧化锌半导体层，溅射功率为150W，溅射靶材选择纯度为4N的掺铝ZnO靶材，选择Ar气作为溅射气体，溅射气压约为0.5Pa，衬底温度为常温，厚度约为300nm。
[0021]应用上述工艺后，制得的硒化锑薄膜太阳电池光电转化效率为1.73％，其光伏IV曲线如图2所示。
[0022]实施例2
[0023]将实施例1所制备的纳米棒阵列有机无机异质结结构进行光电性能的测试，结果如图3所示，零偏压下该器件在可见近红外波段表现出出色的响应度(65～171A/W)和探测度(1.60
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～4.22
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Jones)。同时，在这些器件上观察到超快响应上升时间(50.6μs)和下降时间(57.6μs)、重复性以及基于有机无机器件性能具有的一个稳定性。这些发现证明了N2200/Sb2Se
3 NRAs异质结在可见光
‑
近红外波段具有出色的光电探测性能，具有潜
在的应用价值。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于硒化锑纳米棒阵列和N2200的有机无机异质结光电器件，其特征是，包括硒化锑纳米棒阵列以及通过旋涂工艺在所述硒化锑纳米棒阵列上形成的有机聚合物N2200薄膜，硒化锑纳米棒阵列和有机聚合物N2200薄膜构成N2200/Sb2Se3有机无机异质结结构。2.根据权利要求1所述的基于硒化锑纳米棒阵列和N2200的有机无机异质结光电器件，其特征是，所述N2200/Sb2Se3有机无机异质结结构可用于太阳能电池或光电探测器中。3.根据权利要求1所述的基于硒化锑纳米棒阵列和N2200的有机无机异质结光电器件，其特征是，通过旋涂工艺制备有机聚合物N2200薄膜时，采用的旋涂溶液为：浓度为10mg/mL的N2200氯苯溶液。4.根据权利要求1所述的基于硒化锑纳米棒阵列和N2200的有机无机异质结光电器件，其特征是，旋涂工艺的参数为：转速为3000转/分钟，旋涂时间为40秒。5.根据权利要求1所述的基于硒化锑纳米棒阵列和N2200的有机无机异质结光电器件，其特征是，所述硒化锑纳米棒阵列通过近空间升华工艺制备而成，工艺参数为：衬底温度为300℃，源温度为530℃，沉积时间为80秒。6.一种基于硒化锑纳米棒阵列和N2200的有机无机异质结光电器件的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志强，马海亚，梁晓杨，张渝松，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：