一种太阳能吸收材料Sb2Se3薄膜最佳退火温度的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种太阳能吸收材料Sb2Se3薄膜最佳退火温度的确定方法，在Tg结晶温度以上，以50℃为增量值，选择多个温度对薄膜进行退火处理，通过分析XRD衍射图谱，计算不同退火温度下Sb2Se3薄膜样品(120)、(211)和(221)方向上衍射峰的半高宽、晶粒尺寸、微应变以及位错密度，确定Sb2Se3薄膜最佳退火温度的温度区间及其中间值，并进一步确定Sb2Se3薄膜的最佳退火温度。本发明专利技术方法只需要测试薄膜XRD衍射图谱，不需要其它额外测试，简单方便，具有更科学、更精确、更直观的优点，填补了关于如何确定薄膜最佳退火温度的技术空白，为Sb2Se3薄膜在太阳能领域的应用提供了有用的指导。太阳能领域的应用提供了有用的指导。太阳能领域的应用提供了有用的指导。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能吸收材料Sb2Se3薄膜最佳退火温度的确定方法


[0001]本专利技术涉及一种薄膜最佳退火温度的确定方法，具体是一种太阳能吸收材料Sb2Se3薄膜最佳退火温度的确定方法。

技术介绍

[0002]随着科技与经济的不断发展，人口越来越多，能源消耗日益增加，能源问题已经成为世界关注的一个焦点问题。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭且无污染的可再生能源，极具开发潜力。虽然硅基类太阳能电池转换效率较高，但是，无论是制作单晶硅太阳电池，还是制作多晶硅太阳电池，硅片的制作都需要消耗大量的硅原料，制作成本较高。所以，如何在高效率的基础上实现低成本，成为光伏产业需要解决的重大课题。薄膜太阳能电池节约原材料、制备工艺简单且制备周期短、成本低、轻薄灵活、稳定性较好，在近几年成为许多研究人员所关注的重点研究对象。
[0003]新型材料硒化锑(Sb2Se3)是一种二元单相化合物，具有无毒、低成本、在地球上含量丰富、化学性质稳定等优点，同时其禁带宽度非常合适(1～1.2eV)，与硅的禁带宽度(1.1eV)非常靠近，吸光系数较高(>105cm
‑1)，是一种非常有前途的太阳能电池光吸收体薄膜材料。到目前为止，Sb2Se3薄膜太阳能电池最高转换效率达到了9.2％，但这仍然远远低于理论转换效率30％，因而如何进一步提高其转换效率是目前的关键问题。
[0004]对薄膜进行退火处理可以优化薄膜性能，提高薄膜质量，进而提高薄膜太阳能电池转换效率。Sb2Se3晶体取向对光伏器件效率有很大的影响，主要表现在(120)、(211)和(221)三个方向上，沿(120)方向有择优取向的Sb2Se3层会导致串联电阻(Rs)显著增加，从而导致器件效率降低。沿(211)取向可以降低Rs，提高短路电流密度(Jsc)、提高填充因子(FF)，进而提高光伏器件如太阳能电池的转换效率；薄膜沿(221)方向择优取向时，载流子更容易移动，有利于提高太阳能电池的转换效率。
[0005]因为在标准大气压下，Se的熔点仅为221℃，远低于Sb的630℃和Sb2Se3的608℃，具有易挥发性，所以退火温度过高会导致薄膜组分变化，薄膜内部会产生缺陷，进而影响薄膜质量。由于采用不同方法和工艺制备的Sb2Se3薄膜的最佳退火温度会有差异，所以如何确定太阳能吸收材料Sb2Se3薄膜最佳退火温度是非常有意义的工作，有鉴于此，本专利技术提出一种太阳能吸收材料Sb2Se3薄膜最佳退火温度的确定方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种太阳能吸收材料Sb2Se3薄膜最佳退火温度的确定方法，该方法只需要测试薄膜XRD衍射图谱，不需要其它额外测试，简单方便，具有更科学、更精确、更直观的优点，填补了关于如何确定薄膜最佳退火温度的技术空白，为Sb2Se3薄膜在太阳能领域的应用提供了有用的指导。
[0007]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种太阳能吸收材料Sb2Se3薄膜最佳退火温度的确定方法，包括以下步骤：
[0008](1)、Sb2Se3薄膜的结晶温度为Tg＝200℃，将Sb2Se3薄膜分别在Tg、Tg+50℃、Tg+100℃、Tg+150℃、Tg+200℃温度下退火处理1小时，得到5个不同的Sb2Se3薄膜样品；
[0009](2)、分别利用X射线衍射仪得到步骤(1)中5个不同的Sb2Se3薄膜样品的XRD衍射图，分别计算这5个不同的Sb2Se3薄膜样品(120)、(211)和(221)方向上衍射峰的半高宽、晶粒尺寸、微应变以及位错密度，其中：
[0010]衍射峰的半高宽与衍射峰的强度成反比，衍射峰的半高宽越小则衍射峰的强度越大，衍射峰的半高宽使用JADE软件分析得到；
[0011]晶粒尺寸是晶粒生长大小的衡量指标，晶粒尺寸越大则晶粒生长状况越好，晶粒尺寸的计算方法如下：
[0012][0013]其中，D是晶粒尺寸，λ是X射线波长，θ是衍射角，β是2θ处的衍射峰的半高宽；
[0014]通过退火，Sb2Se3薄膜会产生晶格应变，应变值越小则结晶质量越好，应变值ε的计算方法如下：
[0015][0016]位错密度是由于晶格偏离其参考位而产生的缺陷，位错密度越小则薄膜缺陷越小，位错密度δ的计算方法如下：
[0017][0018](3)根据步骤(2)的计算结果，筛选5个不同退火温度中抑制(120)方向的晶粒取向并增强(211)和(221)方向的晶粒取向的效果相对较好的2个退火温度，记为第一退火温度和第二退火温度；
[0019](4)、确定Sb2Se3薄膜最佳退火温度的温度区间，该温度区间以步骤(3)确定的第一退火温度和第二退火温度为区间端点，该温度区间即为Sb2Se3薄膜的最佳退火温度范围，取该温度区间的中间值，记为第三退火温度；另取未经退火的Sb2Se3薄膜，在第三退火温度下退火处理1小时，得到第三退火Sb2Se3薄膜样品；
[0020](5)按照步骤(2)的方法计算得到第三退火Sb2Se3薄膜样品(120)、(211)和(221)方向上衍射峰的半高宽、晶粒尺寸、微应变以及位错密度，比较第一退火温度、第二退火温度和第三退火温度下得到的Sb2Se3薄膜样品(120)、(211)和(221)方向上衍射峰的半高宽、晶粒尺寸、微应变以及位错密度，以(211)和(221)方向上衍射峰的半高宽最小、晶粒尺寸最大、应变值最小、位错密度最小以及(120)方向上衍射峰的半高宽最大、晶粒尺寸最小、应变值最大、位错密度最大的退火温度作为Sb2Se3薄膜的最佳退火温度。
[0021]作为优选，步骤(1)中的退火为真空退火，以1℃/min的升温速率由室温升至所需退火温度。
[0022]作为优选，步骤(2)中所用的X射线衍射仪为德国Bruker D2型X射线衍射仪。
[0023]作为优选，步骤(2)中所用的JADE软件的版本为MDI JADE 6。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术太阳能吸收材料Sb2Se3薄膜最佳退火温度的确定方法是一种专用于Sb2Se3薄膜最佳退火温度的确定方法，在Tg结晶温度以上，
以50℃为增量值，选择多个温度对薄膜进行退火处理，通过分析XRD衍射图谱，计算不同退火温度下Sb2Se3薄膜样品(120)、(211)和(221)方向上衍射峰的半高宽、晶粒尺寸、微应变以及位错密度，确定Sb2Se3薄膜最佳退火温度的温度区间，选取该温度区间中间值对薄膜进行退火处理，进行XRD分析，通过与该温度区间两端点温度值进行对比，进一步确定Sb2Se3薄膜的最佳退火温度。本专利技术方法只需要测试薄膜XRD衍射图谱，不需要其它额外测试，简单方便，通过先确定最佳温度范围，再确定最佳温度的两步确定法，具有更科学、更精确、更直观的优点，填补了关于如何确定太阳能吸收材料Sb2Se3薄膜最佳退火温度的技术空白，为Sb2Se3薄膜在太阳能领域的应用提供了有用的指导。
附图说明
[0025]图1为实施例中不同退本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太阳能吸收材料Sb2Se3薄膜最佳退火温度的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、Sb2Se3薄膜的结晶温度为Tg＝200℃，将Sb2Se3薄膜分别在Tg、Tg+50℃、Tg+100℃、Tg+150℃、Tg+200℃温度下退火处理1小时，得到5个不同的Sb2Se3薄膜样品；(2)、分别利用X射线衍射仪得到步骤(1)中5个不同的Sb2Se3薄膜样品的XRD衍射图，分别计算这5个不同的Sb2Se3薄膜样品(120)、(211)和(221)方向上衍射峰的半高宽、晶粒尺寸、微应变以及位错密度，其中：衍射峰的半高宽与衍射峰的强度成反比，衍射峰的半高宽越小则衍射峰的强度越大，衍射峰的半高宽使用JADE软件分析得到；晶粒尺寸是晶粒生长大小的衡量指标，晶粒尺寸越大则晶粒生长状况越好，晶粒尺寸的计算方法如下：其中，D是晶粒尺寸，λ是X射线波长，θ是衍射角，β是2θ处的衍射峰的半高宽；通过退火，Sb2Se3薄膜会产生晶格应变，应变值越小则结晶质量越好，应变值ε的计算方法如下：位错密度是由于晶格偏离其参考位而产生的缺陷，位错密度越小则薄膜缺陷越小，位错密度δ的计算方法如下：(3)根据步骤(2)的计算结果，筛选5个不同退火温度中抑制(120)方向的晶粒取向并增强(211)和(221)方向的晶粒取向的效果相对较好的2个退火温度，记为第一退火温度和第二退火温度；(4)、确定Sb2Se3薄膜最佳退火温度的温度区间，该温度区间以步骤(3)确定的第一退火...

【专利技术属性】
技术研发人员：王莹莹，宋宝安，刘欣丽，郑加成，翁月飞，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：