[发明专利]一种硒化钼/硅异质结太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池，特别涉及一种(MoSe₂)/硅(Si)异质结太阳能电池及其制备方法。

背景技术

体材料的硒化钼(MoSe₂)是一种间接带隙半导体，呈典型的层状结构，类似于石墨剥离为石墨烯，体材料MoSe₂很容易剥离为单层或数层的二维材料。当块体MoSe₂成为单层或数层MoSe₂时，其电子带隙由原来的间接带隙(1.71 eV)转变为直接带隙(1.55 eV)(参见文献：TONGAY S, JIAN Z, ATACA C, et al.Thermally Driven Crossover from Indirect toward Direct Bandgap in 2D Semiconductors: MoSe₂ versus MoS₂[J]. Nano Letters, 2012,12(11):5576-5580.)。直接带隙半导体材料一般具有较高的光电转换效率。单层硒化钼可用于制备高效率的光电子器件。另外，单层硒化钼呈立体多孔结构和良好的刚性结构，可显著提高器件的热学和力学等性能。因此，MoSe₂二维晶体将在太阳能电池、光催化剂、光电晶体管、发光二极管(参见文献：SUNDARAM R S, ENGEL M, LOMBARDO A, et al. Electroluminescence In Single Layer MoS₂[J]. Nano Letters,2013, 13(4):1416-1421.)和光调制器(参见文献：TONGAY S, ZHOU J, ATACA C, et al. Broad-range modulation of light emission in two-dimensional semiconductors by molecular physisorption gating. Nano Letters, 2013, 13(6):2831-2836.)等领域都具有广大的应用前景。

单层硒化钼的制备方法可以分为两种类型：化学方法和物理方法。物理方法主要是对块体硒化钼材料进行逐层机械剥离得到单层硒化钼，这种方法只能得到少部分的硒化钼小片，不能大规模生产。化学方法是通过小分子合成或溶液分离方法制备，包括分子束外延法和离子插层法等。总之，这些制备硒化钼薄膜的方法都比较复杂，工艺过程很难控制。相对地，化学气相沉积法制备的硒化钼薄膜具有良好的电子特性，适合应用晶体管、太阳能电池等光电子器件。

发明内容

本发明针对现有技术制备二维MoSe₂存在的不足，提供一种方法简单易行，重复度高，成本低，容易推广和产业化的MoSe₂薄膜及高效率MoSe₂/硅(Si)异质结太阳能电池及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案是提供一种硒化钼/硅异质结太阳能电池，它以二维硒化钼薄膜和硅片为光敏单元，吸收可见光及近红外光，硒化钼/硅异质结为太阳能电池光生电子和空穴的核心收集单元。

本发明技术方案还包括一种硒化钼/硅异质结太阳能电池的制备方法，步骤如下：

1．衬底清洗：以n型(100)硅片为衬底，用稀HF酸浸泡去除Si表面的二氧化硅，再依次用丙酮、乙醇、去离子水超声波清洗，去除硅片上的有机物；用氮气吹干后再加热去除硅片表面的水汽；

2．硒化钼薄膜制备：将硒化钼块放入石英管中，石英管温度升高至650～1000℃，对石英管抽真空至10^-1～10^-2 Pa；以流量为5～10 sccm的氩气为输送气体，将硒化钼块表面受热蒸发的硒化钼分子输送到硅片表面，成核生长为硒化钼薄膜；成核生长反应结束后，在温度为800℃、氩气气氛中退火处理30～60分钟，得到硒化钼/硅异质结；

3．电极制作：以高纯镍为靶源，采用磁控溅射方法，在硒化钼薄膜表面溅射镍为接触电极，对硅片下表面蒸镀铝电极，形成太阳能电池的阴极，得到一种硒化钼/硅异质结太阳能电池。

上述步骤2的成核生长反应时间为5～10分钟；反应气压为40～100 Pa。