本发明专利技术提供一种掺氧ＩＩ－ＶＩ族半导体材料、薄膜及其制备的太阳能电池。本发明专利技术首次提出并验证了通过对ＩＩ－ＶＩ族半导体材料，如ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ或ＺｎＴｅ１－ｘＳｅｘ（０＜ｘ＜１）进行掺氧，可以使其导带分裂为两个或更多能级，从而分别吸收不同的光谱并大大提高其作为半导体材料的光电转化效率。本发明专利技术的掺氧ＩＩ－ＶＩ族半导体材料是在１２０℃～３００℃左右，通入压强为１ｍＴｏｒｒ～１Ｔｏｒｒ的氧气，和氩气混合形成压强为１０Ｔｏｒｒ～１００Ｔｏｒｒ的工作气体，溅射高纯度ＩＩ－ＶＩ族半导体材料形成，掺氧浓度为１０１８ｃｍ－３～１０２１ｃｍ－３，厚度约为厚度为５００纳米～５０００纳米。本发明专利技术所提供的掺氧ＩＩ－ＶＩ族半导体材料不含有毒物质，其本身材料化学结构稳定、成本低廉、并可在低于２００℃的条件下生长在可弯折基底上，可广泛应用于制备太阳能电池、液晶显示屏、薄膜晶体管等。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体材料
，具体涉及一种掺氧n-vi族半导体材料、薄膜及其制备的太阳能电池。
技术介绍
传统半导体的能带结构和原理如图1所示，其中Efe是半导体材电子费米能级， Efv是半导体空穴费米能级。当一个具有能量为hvl的光子被半导体材料吸收时，其产生的 光伏电能输出为eVout。其中光子hvl的能量需要与半导体材料的带宽相当时，才会有比较 高效的光伏转换效率。也就是说，对于一种用作光电转换的半导体材料，其对太阳光谱的吸 收会集中在某个波长，所以其最终光电转换效率也就比较有限。 n-VI族半导体由1I族元素如Be、Mg、Zn、Cd、Hg等与VI族元素如0、S、Se、Te等化合而成。由于n-vi族半导体具有很大的禁带宽度范围，直接跃迁带隙等特点，一直是光电子领域的研究热点，其应用主要有以下几个方面CdHgTe应用于红外探测器，ZnSeTe用 作蓝光发光二极管，ZnMgO用于紫外光的探测，CdTe作为薄膜太阳能材料。 太阳能作为一种可再生的新能源，越来越引起人们的关注。光伏发电是太阳能利 用的一种方式，因其节能和环保的效果，受到广泛的重视。当电力、煤炭、石油等不可再生能 源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实 行"阳光计划"，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。假如把地球表面O. 1%的太阳能 转为电能，转变率5%，每年发电量可达5. 6X 1012千瓦小时，相当于目前世界上能耗的40 倍。从能源供应安全和清洁利用的角度出发，世界各国正把太阳能的商业化开发和利用作 为重要的发展趋势。欧盟、日本和美国把2030年以后能源供应安全的重点放在太阳能等 可再生能源方面。预计到2030年太阳能发电将占世界电力供应的20%以上，2050年达到 50%以上。大规模的开发和利用使太阳能在整个能源供应中将占有一席之地。 最近几年光伏发电发展迅速，光伏技术不断进步，光伏发电的成本不断的降低，使 得光伏发电成为最近几年发展最迅速的产业。光伏技术发展至今，作为第一代光电池的晶 体硅光伏电池始终是商品化光伏电池的主流。高纯多晶体硅材料也就成为光伏产业链上最 重要的环节，其价格持续上涨。由于光伏产业的迅速发展，多晶体硅原材料的紧缺状况越来 越严重，已经成为整个光伏产业链的瓶颈，不但限制了太阳电池产量的增长，而且使太阳电 池组件的成本居高不下。除此以外，多晶体硅原材料的生产与提纯过程中需要消耗大量的 电力以及产生对环境污染的大量非可再生废料，严重制约了整个光伏产业和市场的发展。 作为第二代光电池，薄膜类太阳能电池具有原材料消耗少，基底可弯折，以及成本 较为低廉的特点。目前各研发机构和生产厂商已报道或推出了各类薄膜太阳能电池，包括 非定型硅太阳能电池、砷化镓(GaAs)III-V族化合物、碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CuInGaSe) 等多元化合物电池、功能高分子材料制备的大阳能电池以及纳米晶太阳能电池等。但上述 的薄膜太阳能技术都有着比较大的局限性，包括相对较低的转化效率(非定型硅和碲化镉 薄膜电池6-8% )，有毒(碲化镉薄膜中是一种有毒元素，对人体和环境都非常有害)，以及3材料的高成本(铜铟镓硒薄膜中的铟元素非常贵，且铟和硒为稀有元素，其来源有限)。
技术实现思路
本专利技术利用间隙能带的原理，首次利用在II-VI族半导体，如ZnTe， ZnSe或 ZnTei—xSex(0 < x < 1)中掺氧产生的两个或更多能级分别吸收光源(如太阳光)中不同的 光谱，制备出掺氧II-VI族半导体材料。 碲化锌是一种直接禁带半导体材料，其能带宽度在室温(25°C )时为2. 29eV(电 子伏)。由于材料存在天然的缺陷，碲化锌材料在未经掺杂时为P-型半导体。通过掺氧到 碲化锌材料里，根据能带反穿越模型(bandanti-crossing model)，碲化锌的能带中的导带 结构会被相应地分裂成两个，如图2所示为本专利技术所提供的掺氧II-VI族半导体材料的能 带结构和原理示意图，由于能带分裂，使得能量分别为hvl、 hv2、 hv3的光子都有可能被掺 氧II-VI族半导体材料吸收并产生光电转换，从而大大提高其作为半导体材料的光电转化 效率。 本专利技术的目的在于，提供一种新型的掺氧II-VI族半导体材料。 本专利技术的另一目的在于，提供所述掺氧II-VI族半导体材料的制备方法及其用途。 为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案来实现。 一方面，本专利技术所提供的掺氧 II-VI族半导体材料，其由II-VI族半导体材料掺氧形成，优选地，所述II-VI族半导体材料 选自ZnTe、 ZnSe和ZnTe丄—xSex (0 < x < 1)。 优选地，所述的材料是在120°C 300°C的温度下，通入压强为lmTorr 1Torr的 氧气，和氩气混合形成压强为10Torr 100Torr的工作气体，溅射高纯度(> 99. 9995% ) II-VI族半导体形成的。 优选地，所述的材料中的掺氧浓度为1018cm—3 1021cm—3。 另一方面，本专利技术所提供的掺氧II-VI族半导体材料的制备方法，其是在120°C 300°C的温度下，通入压强为lmTorr 1Torr的氧气，和氩气混合形成压强为10Torr 100Torr的工作气体，溅射高纯度(> 99. 9995% ) II-VI族半导体形成。 又一方面，本专利技术所提供的由前述掺氧II-VI族半导体材料制成的薄膜，其厚度 为500纳米 5000纳米。本专利技术所提供的薄膜在制备太阳能电池、液晶显示屏、薄膜晶体 管、电致发光显示器及有机和无机半导体激光器等中有重要用途。 在一个优选实施方案中，本专利技术还提供了一种太阳能电池，其包括薄膜基底、n-型 半导体、缓冲层、光吸收层和p-型半导体，其中所述的光吸收层为前述的掺氧II-VI族半导 体薄膜。 优选地，本专利技术所提供的太阳能电池，其还包括分别位于n-型半导体和p-型半导 体上的金属，构成电池的两极。 优选地，其中所述的薄膜基底选自塑料、玻璃或金属薄片；所述的n-型半导体选 自n_型掺杂的氧化锌或氧化锌镁；所述的缓冲层选自硒化锌或者硒碲化锌；所述的P_型 半导体选自P-型掺杂的碲化锌；所述的金属选自镍金合金或钛金合金，当然也可以是别的 合金，只要可以形成很好的欧姆接触即可，如镍铜合金，钛铜合金等。 本专利技术所提供的太阳能电池在制备太阳能发电领域产品和移动电子终端产品中4的应用，所述太阳能发电领域包括居民、厂矿、商业楼宇屋顶、汽车外壳和太阳能发电站，所述移动电子终端产品选自计算器、笔记本电脑、手机、数码相机、数码摄录机、无线鼠标、蓝牙耳机、MP3播放器、个人数字助理(PDA)、个人导航系统和GPS全球定位仪。 综上所述，本专利技术所提供的掺氧II-VI族半导体材料通过掺氧改变碲化锌的能带结构，产生的两个或更多能级可分别吸收并产生光电转换，从而大大提高其作为半导体材料的光电转化效率，该材料本身化学结构稳定，还具有环保、成本低等优点，由其制成的掺氧II-VI族半导体薄膜制备的薄膜太阳能电池具有以下优点 1.高光电转换效率 如前面所描述的，通过掺氧改变碲化锌的能带结构，从而将掺氧碲化锌本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种掺氧Ⅱ－Ⅵ族半导体材料，其特征在于，所述材料由Ⅱ－Ⅵ族半导体材料掺氧形成，优选地，所述Ⅱ－Ⅵ族半导体材料选自ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ和ＺｎＴｅ↓［１－ｘ］Ｓｅ↓［ｘ］，其中０＜ｘ＜１。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：王伟明，吴庄，朱忻，杨军，李斌，
申请(专利权)人：朱忻，吴庄，王伟明，杨军，李斌，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]
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