[发明专利]一种提高n型氧化亚铜薄膜载流子浓度的热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高n型氧化亚铜薄膜载流子浓度的热处理方法。

背景技术

氧化亚铜（Cu₂O）是一种非常重要的氧化物半导体材料，其禁带宽度为2.1 eV，可以被波长为400~800 nm的可见光激发，而且制备成本低、理论利用效率较高，在太阳能电池、催化剂、燃料电池、气敏传感器和超导材料等领域都有着重要的应用。氧化亚铜薄膜太阳能电池自七十年代以来就成为研究热点，但是，因为无法制备n型氧化亚铜薄膜，使得氧化亚铜薄膜太阳能电池的发展受到很大限制。近年来，利用电化学沉积法已可以制备n型氧化亚铜薄膜，为氧化亚铜薄膜太阳电池的发展解决了瓶颈问题。目前，对n型氧化亚铜薄膜的相关研究非常少，主要集中在制备方面，性能测试和优化等方面缺少相应的科研成果。随着氧化亚铜薄膜电池在科研与生产领域得到越来越多的重视，n型氧化亚铜薄膜的力学、电学、热学、磁学、光学等性能的相关研究也越来越重要。因此，研究热处理对n型氧化亚铜薄膜电学性能的影响，对于研究氧化亚铜薄膜电池具有重要的理论与实践意义。

热处理法是改善晶体质量并改善晶体性能的重要方法。热处理法是一种材料处理常用的方法，具有简便易行，低成本，能有效改变晶体质量及晶体结构，并改善晶体性能等优点。

发明内容

本发明的目的在于一种提高n型氧化亚铜薄膜载流子浓度的热处理方法，通过先除碳后热处理的方法，实现了对n型氧化亚铜薄膜的热处理，测试结果表明，经过热处理后，n型氧化亚铜薄膜的载流子浓度得到了提高。

本发明采用的技术方案的步骤如下：

1) 将电化学沉积制备所得的n型氧化亚铜薄膜放入热处理炉中进行除碳；

2) 将热处理炉温度升高至120 oC至150 oC，保温1~2小时；

3) 除碳过程后，将热处理炉温度升至300 oC至400 oC，保温1~2小时;

4) 热处理后，热处理炉温度自然降温至常温，将n型氧化亚铜薄膜取出并进行测试。

在热处理前，首先对n型氧化亚铜薄膜进行除碳，即除去沉积过程中在氧化亚铜薄膜上残留的有机杂质；然后对氧化亚铜薄膜进行热处理，通过控制热处理温度与时间，提高n型氧化亚铜薄膜载流子浓度。

本发明具有的有益效果是：

本发明提出对电化学沉积的n型氧化亚铜薄膜进行先除碳，再热处理的方法。通过除碳过程，可以去除在沉积过程中n型氧化亚铜薄膜中的有机杂质，有效提高n型氧化亚铜薄膜的载流子浓度。

附图说明

图1是氧化铟锡玻璃衬底上n型氧化亚铜薄膜结构示意图；

图2是实施例1所得n型氧化亚铜薄膜的XRD图谱；

图3是实施例1所得n型氧化亚铜薄膜的扫描电镜照片；

图4是实施例1所得n型氧化亚铜薄膜的电容-电压曲线；

图5是实施例2所得n型氧化亚铜薄膜的电容-电压曲线。

具体实施方式

如图1所示，本发明在氧化铟锡玻璃衬底2上沉积一层n型氧化亚铜薄膜1。

实施例1：

将0.2克硫酸铜（CuSO₄·5H₂O）与10毫升浓度为60%的乳酸钠（C₃H₅NaO₃）溶于去离子水中，搅拌5分钟后，配成体积为20.0毫升的溶液，硫酸铜浓度为0.4摩尔/升，乳酸钠摩尔浓度为3.0摩尔/升，利用4.0摩尔/升的氢氧化钠调节溶液的pH值为6.5。

通过恒温水浴控制溶液温度在60 oC。利用三电极电化学池进行n型氧化亚铜薄膜的沉积。工作电极为氧化铟锡玻璃衬底，对电极为铂金电极，参比电极为Ag/AgCl/饱和KCl电极。将三电极插入溶液，调节电压在-0.3 V (vs Ag/AgCl/饱和KCl电极电极)，沉积时间为60分钟。将沉积好的n型氧化亚铜薄膜，用去离子水清洗，并干燥。