[发明专利]一种n型氧化亚铜薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池的薄膜材料领域，尤其涉及一种n型氧化亚铜薄膜及其制备方法。

背景技术

用太阳能电池获取太阳能是一种重要的产生新能源的方法，在用作太阳能电池的材料中，氧化亚铜（Cu₂O）占有重要的地位，因为氧化亚铜具有众多优点：直接带隙（禁带宽度约为2.1eV）、吸收系数高、制备成本低、铜和氧在地球上储量丰富且无毒性、以及用氧化亚铜制成的太阳能电池其转换效率理论上可达20%以上。氧化亚铜的众多优点使其在新型太阳能电池上有重要应用，例如，氧化亚铜可用作基于铜铟镓硒的多晶叠层太阳能电池的顶层结；还可用于中间带太阳能电池，因为中间带太阳能电池所要求的最佳禁带宽度（1.9eV）与氧化亚铜的禁带宽度非常接近。

然而，实验表明用氧化亚铜制成的太阳能电池其转换效率仅达2%，其中一个重要的原因是现有技术并没能制备出氧化亚铜同质结。没有掺杂的氧化亚铜是 p 型的，由铜空位充当受主，n型氧化亚铜一直难以实现。

有研究者报道用电化学方法制备的未掺杂氧化亚铜表现为n型，但实验表明这种n型导电是一种假象，来源于表面吸附铜离子产生的反型层。也有报道表明往氧化亚铜中掺入钴、钨或氯可以得到n型导电。但掺钴或钨的氧化亚铜仅在高温下才是n型，在室温下仍为p型，其并不能很好的应用于太阳能电池中。理论计算也表明，受主铜空位在未掺杂氧化亚铜时形成能最低，所以未掺杂时的氧化亚铜必定仍为p型。而对于掺氯氧化亚铜而言，因为其制备方法和导电类型测试与表现为 n型导电假象的未掺杂氧化亚铜完全一致，所以其n型导电也很可能是一种假象，来源于表面反型层而不是掺杂。

现有技术中并未制备出一种可以用于同质结太阳能电池的n型氧化亚铜薄膜材料，使其能有效改善太阳能电池的转换效率。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种n型氧化亚铜薄膜及其制备方法，旨在解决现有技术中p型氧化亚铜所制备出的太阳能电池转化效率低，而n型氧化亚铜只能存在于高温条件下的问题。

本发明的技术方案如下：

一种n型氧化亚铜薄膜的制备方法，其中，所述制备方法采用反应性双靶共溅射的方法，以铜靶材和铟靶材作为溅射靶材，以硅片或K9玻璃作为衬底，以高纯氧气和氩气作为溅射气体；所述溅射铜靶材的纯度为99.99%，铟靶材的纯度为99.999％；所述铜靶位上的功率为15-18W，所述铟靶位上的功率为5-15W。

所述n型氧化亚铜薄膜的制备方法，其中，所述制备方法包括以下步骤：

A、采用丙酮、酒精和去离子水依次对衬底进行超声波清洗，并对清洗后的衬底进行固定；

B、分别将铜靶材和铟靶材固定在两个靶位上，溅射靶材放置的位置与衬底之间的距离为7-11cm;

C、将反应室抽真空至压力低于6×10^-4Pa，通入高纯氧气和氩气进行溅射，在溅射气压为1-3Pa，衬底温度为300-500℃的条件下溅射20-40分钟，形成沉积在衬底表面的薄膜；

D、溅射结束后，将薄膜温度冷却至室温，得到所制备的n型氧化亚铜薄膜。

所述n型氧化亚铜薄膜的制备方法，其中，在步骤A之前还包括：

S、预先对铜靶材溅射10min，除去铜靶材表面的氧化物和杂质。

所述n型氧化亚铜薄膜的制备方法，其中，在步骤C中，所述高纯氧气的体积流量为0.5-1.5sccm，所述氩气的体积流量为20-30sccm。

所述n型氧化亚铜薄膜的制备方法，其中，在步骤C中，所述高纯氧气的体积流量为1sccm，所述氩气的体积流量为28sccm。

所述n型氧化亚铜薄膜的制备方法，其中，在步骤C中，所述铜靶上的溅射电压为300-400V，所述铟靶上的溅射电压为270-300V。

所述n型氧化亚铜薄膜的制备方法，其中，所述铜靶上的溅射电压为350V，所述铟靶上的溅射电压为280或290V。

所述n型氧化亚铜薄膜的制备方法，其中，所述铜靶位上的功率为16.5W，所述铟靶位上的功率为10W。

一种n型氧化亚铜薄膜，其特征在于，由上述任一项制备方法所制成。