稀土硫化物薄膜制造技术

本发明专利技术提供了一种包括光伏电池的装置。光伏电池包括具有第一稀土硫化物的p型薄膜和具有第二稀土硫化物的n型薄膜。p-n结形成在p型薄膜和n型薄膜之间。光伏电池包括衬底和至少半透明的层。p型薄膜和n型薄膜沉积在衬底和至少半透明的层之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】稀土硫化物薄膜相关申请的交叉引用本申请要求2010年4月6日提交的第61/321，375号美国临时申请的优先权，其通过引用整体并入本文中。
本申请通常涉及稀土硫化物薄膜。
技术介绍
光伏(PV)设备可用于将太阳能转换成电能。例如，光伏装置可以具有η型半导体材料层和P型半导体材料层。当光伏装置吸收能量等于或高于半导体材料带隙的光线时， 入射的光子激发电子，以使其从价带移动到导带。ρ-η结处的电场使得电子和空穴分别向结的正侧和负侧迁移，当光伏装置连接到电路时产生电流。几种类型的材料已经用于光伏装置，例如结晶硅和多晶硅、碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)、砷化镓(GaAs)、吸光染料和有机聚合物。
技术实现思路
通常，在一个方面中，提供了包括光伏电池的装置。光伏电池包括具有第一稀土硫化物的P型薄膜和具有第二稀土硫化物的η型薄膜。Ρ-η结点形成在P型薄膜和η型薄膜之间。光伏电池包括衬底和至少半透明的层。P型和η型薄膜沉积在衬底和至少半透明的层之间。装置的实现可以包括一个或多个下列特征。第一稀土硫化物和第二稀土硫化物的每一个都可以包括稀土倍半硫化物(RE2S3)或稀土多硫化物(RE3S4)15第一稀土硫化物可以包括钐，第二稀土硫化物可以包括钇、镧、铈、镨、钕、钆、铽、镝 或钦。P型薄膜可以包括掺杂有钙、钡或铕的钐硫化物。η型薄膜可以包括掺杂有铈(IV)的镧硫化物。生长层可以形成在衬底上，P型薄膜或η型薄膜的一个可以形成在生长层上。生长层可以包括氮化锆或氮化钛。衬底由导电的或半导体的材料(例如硅)制成。η型薄膜可以比P型薄膜更靠近至少半透明的层。P型薄膜可以包括相纯稀土硫化物。P型相纯稀土硫化物可以包括钐倍半硫化物(Sm2S3)和/或钐多硫化物(Sm3S4),并且含很少或几乎不含钐一硫化物(SmS)。η型薄膜可以包括相纯稀土硫化物。η型相纯稀土硫化物可以包括镧倍半硫化物(La2S3)和/或镧多硫化物(La3S4),并且含很少或不含镧一硫化物(LaS)。通常，在另一个方面中，装置包括衬底和衬底上的P型半导体层。P型半导体层包括钐硫化物纳米线。装置的实现可以包括一个或多个下列特征。生长层可以形成在衬底上，P型半导体层可以形成在生长层上。生长层可以包括氮化锆或氮化钛。钐硫化物纳米线可以包括钐倍半硫化物(Sm2S3)或多硫化物(Sm3S4)纳米线。通常，在另一个方面中，提供了装置，该装置包括具有衬底的有机光伏电池、聚合物膜、P型半导体层和至少半透明的层。P型半导体层包括具有钐硫化物的纳米线。聚合物膜和P型半导体层沉积在衬底和至少半透明的层之间。装置的实现可以包括一个或多个下列特征。生长层可以形成在衬底上，P型半导体层可以形成在生长层上。生长层可以包括氮化锆或氮化钛。钐硫化物可以包括钐倍半硫化物(Sm2S3)或多硫化物(Sm3S4)。通常，在另一个方面中，方法包括在衬底上提供生长层；加热衬底和生长层；加热硫以形成硫蒸气；加热齒化钐已形成齒化钐蒸气；在生长层上形成钐硫化物的薄膜，钐硫化物从硫和卤化钐中产生。方法的实现可以包括一个或多个下列特征。卤化钐可以包括钐氯化物、碘化钐或溴化钐。生长层可以是氮化锆层或氮化钛层。衬底可以是导电的或半导体的。钐硫化物可以包括钐倍半硫化物或钐多硫化物。可以在第一腔中以第一温度加热硫，可以在第二腔中以第二温度加热卤化钐，其中第二温度高于第一温度。控制第一腔的温度，以控制钐硫化物薄膜的化学计量和生长率。硫可以放在上游加热腔中，衬底和卤化钐可以放在下游加热腔中，下游加热腔的温度高于上游加热腔的温度。通常，在另一个方面中，方法包括在衬底上提供生长层；加热衬底和生长层；加热硫以形成硫蒸气；加热卤化钐已形成卤化钐蒸气；以及在生长层上形成具有钐硫化物纳米线的纹理薄膜。衫硫化物纳米线由硫和卤化衫产生。方法的实现可以包括一个或多个下列特征。生长层可以是氮化锆层或氮化钛层。 钐硫化物可以包括钐倍半硫化物或钐多硫化物。齒化钐可以包括钐氯化物、碘化钐或溴化通常，在另一方面中，方法包括在衬底上提供生长层；加热衬底和生长层；加热卤化钐已形成齒化钐蒸气；提供硫化氢；在生长层上形成钐硫化物的薄膜，钐硫化物从硫和卤化钐中产生。 装置的实现可以包括一个或多个下列特征。生长层可以包括氮化锆层或氮化钛层。控制硫化氢的流速，以控制钐硫化物薄膜的化学计量和生长率。钐硫化物可以包括钐倍半硫化物或钐多硫化物。齒化钐可以包括钐氯化物、碘化钐或溴化钐。通常，在另一方面中，方法包括在衬底上提供生长层；加热衬底和生长层；加热卤化钐已形成卤化钐蒸气；提供硫化氢；以及在生长层上形成具有钐硫化物纳米线的纹理薄膜。钐硫化物纳米线由硫和卤化钐产生。方法的实现可以包括一个或多个下列特征。生长层可以是氮化锆层或氮化钛层。 钐硫化物可以包括钐倍半硫化物或钐多硫化物。齒化钐可以包括钐氯化物、碘化钐或溴化韦>。通常，在另一个方面中，提供制造光伏电池的方法。该方法包括在衬底上提供生长层；在生长层上形成钐硫化物薄膜；在钐硫化物薄膜上形成η型薄膜，其中在η型薄膜和钐硫化物薄膜之间形成Ρ-η结点；以及在η型薄膜上提供至少半透明的层。方法的实现可以包括一个或多个下列特征。生长层可以是氮化锆层或氮化钛层。 钐硫化物可以包括钐倍半硫化物或钐多硫化物。η型薄膜可以包括η型稀土硫化物薄膜。η 型薄膜可以包括稀土硫化物薄膜，该稀土硫化物薄膜具有钇、镧、铈、镨、钕、钆、铽、镝或钦通常，在另一个方面中，提供制造有机光伏电池的方法。该方法包括在衬底上提供生长层；在生长层上形成具有钐硫化物纳米线的纹理层；在纹理层上形成聚合物层；以及在聚合物层上提供至少半透明的层。方法的实现可以包括一个或多个下列特征。生长层可以包括氮化锆层或氮化钛层。紅硫化物可以包括紅倍半硫化物或I^多硫化物。通常，在另一个方面，方法包括在衬底上提供氮化锆层或氮化钛层的至少一个； 提供硫蒸气；提供稀土齒化物蒸气；以及在氮化锆层或氮化钛层上产生稀土硫化物薄膜。 稀土硫化物是基于硫蒸气和稀土卤化物蒸气之间的反应形成。方法的实现可以包括一个或多个下列特征。稀土氯化物蒸气可以包括钐、钇、镧、 铈、镨、钕、钆、铽、镝或钦。稀土硫化物可以包括稀土倍半硫化物或稀土多硫化物。稀土卤化物蒸气可以包括钐氯化物蒸气、碘化钐蒸气或溴化钐蒸气。附图说明图1是光伏装置的示意图。图2是双炉化学气相沉积系统的示意图。图3A是Sm2S3薄膜的扫描电子显微镜图像。图3B是钐倍半硫化物纳米线层的扫描电子显微镜图像。图3C是示出了钐倍半硫化物纳米线层的X射线衍射图的图表。图4是示出了 Sm2S3薄膜的拉曼光谱182的图表。 图5是用于沉积稀土硫化物薄膜的化学气相淀积系统的示意图。图6A-6C是钐硫化物薄膜的X射线衍射表。图7A-7C是Sm2S3晶体的扫描电子显微镜图像。图8A-8C是镧硫化物薄膜的X射线衍射图的图表。图9是有机光伏装置的示意图。图10是示出了有机光伏装置中束缚的电子空穴对扩散的图表。图11是示出了在纳米结构界面处的束缚电荷载体的分解的图表。具体实施方式稀土倍半硫化物(RE2S3)和稀土多硫化物(RE3S4)具有低的功函数和高的熔点。它们的光电性能和结构性能使其成为很好的光电材料。它们具有从半导体到金属的一系列电子特性，具有1. 6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.06 US 61/321,3751.一种装置，包括 光伏电池，包括 P型薄膜，包括第一稀土硫化物， η型薄膜，包括第二稀土硫化物，其中在所述P型薄膜和所述η型薄膜之间形成ρ-η结， 衬底，以及 至少半透明的层，其中，所述P型薄膜和所述η型薄膜沉积在所述衬底和所述至少半透明的层之间。2.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一稀土硫化物和所述第二稀土硫化物的每一个都包括第一稀土倍半硫化物(RE2S3)或多硫化物(RE3S4)的至少一种。3.如权利要求1或2所述的装置，其中，所述第一稀土硫化物包括钐。4.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其中，所述第二稀土硫化物包括钇、镧、铈、镨、钕、钆、铽、镝或钦的至少一种。5.如权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，所述P型薄膜包括掺杂有钙、钡或铕的至少一种的钐硫化物。6.如权利要求1-5中任一项所述的装置，其中，所述η型薄膜包括掺杂有铈(IV)的镧硫化物。7.如权利要求1-6中任一项所述的装置，其中，所述光伏电池包括形成在所述衬底上的生长层，并且所述P型薄膜或所述η型薄膜的一个形成在所述生长层上。8.如权利要求7所述的装置，其中，所述生长层包括锆氮化物或钛氮化物的至少一种。9.如权利要求1-8中任一项所述的装置，其中，所述衬底包括导电材料。10.如权利要求1-9中任一项所述的装置，其中，所述η型薄膜比所述P型薄膜更接近于所述至少半透明的层。11.如权利要求1-10中任一项所述的装置，其中，所述P型薄膜包括相纯稀土硫化物。12.如权利要求11所述的装置，其中，所述P型相纯稀土硫化物基本上由SmSx组成，其中 X=L 3-1. 5。13.如权利要求1-12中任一项所述的装置，其中，所述η型薄膜包括相纯稀土硫化物。14.如权利要求13所述的装置，其中，所述η型相纯稀土硫化物基本上由LaSx组成，其中 X=L 3-1. 5。15.一种装置,包括 衬底，以及 P型半导体层，位于所述衬底上，所述P型半导体层包括钐硫化物纳米线。16.如权利要求15所述的装置，包括形成在所述衬底上的生长层，并且所述P型半导体层形成在所述生长层上。17.如权利要求16所述的装置，其中，所述生长层包括锆氮化物或钛氮化物的至少一种。18.如权利要求15-17中任一项所述的装置，其中，所述钐硫化物纳米线包括钐倍半硫化物(Sm2S3)纳米线或衫多硫化物(Sm3S4)纳米线的至少一种。19.一种装置,包括 有机光伏电池，包括衬底， 聚合物膜， P型半导体层，包括具有钐硫化物的纳米线，以及 至少半透明的层，其中，所述聚合物膜和所述P型半导体层沉积在所述衬底和所述至少半透明的层之间。20.如权利要求19所述的装置，包括形成在所述衬底上的生长层，并且所述P型半导体层形成在所述生长层上。21.如权利要求20所述的装置，其中，所述生长层包括锆氮化物或钛氮化物的至少一种。22.如权利要求19-21中任一项所述的装置，其中，所述钐硫化物包括钐倍半硫化物(Sm2S3)或多硫化物(Sm3S4)的至少一种。23.—种方法,包括 在衬底上提供生长层； 加热所述衬底和所述生长层； 加热硫，以形成硫蒸气； 加热钐卤化物，以形成钐卤化物蒸气；以及 在所述生长层上形成钐硫化物的薄膜，所述钐硫化物由所述硫和所述钐齒化物产生。24.如权利要求23所述的方法，其中，加热钐卤化物包括加热钐氯化物、钐碘化物或钐溴化物的至少一种，以分别形成钐氯化物蒸气、钐碘化物蒸气或钐溴化物蒸气。25.如权利要求23或24所述的方法，其中，在衬底上提供生长层包括在衬底上提供锆氮化物层或钛氮化物层的至少一个。26.如权利要求23-25中任一项所述的方法，其中，在衬底上提供生长层包括在导电的或半导电的衬底上提供生长层。27.如权利要求23-26中任一项所述的方法，其中，所述钐硫化物包括钐倍半硫化物或钐多硫化物的至少一种。28.如权利要求23-27中任一项所述的方法，其中，加热硫包括在第一腔中以第一温度加热硫，并且加热钐卤化物包括在第二腔中以第二温度加热钐卤化物，所述第二温度高于所述第一温度。29.如权利要求28所述的方法，包括控制所述第一腔的所述温度，以控制所述钐硫化物薄膜的化学计量和生长速率。30.如权利要求23-29中任一项所述的方法，包括将所述硫放在上游的加热腔中，将所述衬底和所述钐卤化物放在下游的加热腔中，所述下游的加热腔的温度高于所述上游的加热腔的温度。31.一种方法，包括 在衬底上提供生长层； 加热所述衬底和所述生长层； 加热硫，以形成硫蒸气； 加热钐卤化物，以形成钐卤化物蒸气；以及 在所述生长层上形成包括钐硫化物纳米线的纹理膜，所述钐硫化物纳米线由所述硫和所述钐卤化物产生。32.如权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：张献力，约瑟夫·R·布鲁尔，
申请(专利权)人：NU技术公司，
类型：
国别省市：