[发明专利]一种生长在Si衬底上的二维InGaSe纳米材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种生长在Si衬底上的二维InGaSe纳米材料及其制备方法。所述制备方法包括：用乙醇清洗衬底，用干燥氩气吹净，得到清洗后的衬底；将清洗后的衬底放入CVD设备的玻璃管内，将Se粉、In颗粒及Ga颗粒放入CVD设备的玻璃管内，抽真空处理，通入氩气作为保护气；升温使Se、In及Ga在外延生长面恒温生长，得到生长在Si衬底上的InGaSe纳米材料。本发明提供的制备方法具有生长工艺简单、生长工艺简单、结晶质量好、成本低、可行性高等优点。通过本发明提供的制备方法，生长出禁带宽度在1.02‑1.67eV范围内连续可调并可用于制造光探测器及太阳能电池等应用的InGaSe二维材料。

技术领域

本发明涉及二维InGaSe纳米材料生长领域，具体涉及一种生长在Si衬底上的二维InGaSe纳米材料及其制备方法。

背景技术

学术界和产业界普遍认为太阳能电池的发展已经进入了第三代。第一代为单晶硅太阳能电池；第二代为多晶硅、非晶硅等太阳能电池；铜铟镓硒薄膜太阳电池具有生产成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等显著特点，光电转换效率居各种薄膜太阳电池之首，接近于晶体硅太阳电池，而成本只是它的三分之一，被称为下一代非常有前途的新型薄膜太阳电池，是近几年研究开发的热点。由于铜铟镓硒薄膜太阳电池具有敏感的元素配比和复杂的多层结构，因此，其工艺和制备条件的要求极为苛刻，产业化进程十分缓慢，在化学计量比控制，产物纯度，产量及成本控制上仍存在较大问题。目前,CIGS光吸收层主要的制备方法有三步共蒸法和溅射金属预置层后硒化法。三步共蒸法可以制备出高效率的CIGS太阳能电池,但制备中需要精确控制Cu、In、Ga、Se四种元素的蒸发速率进行给大规模生产带来困难;溅射金属层后硒化法的大面积均匀性好,有毒的硒化工艺带来了成品率不高的问题。如果能用一种简单高效的方法先制备出它的亚族化合物再进一步合成CIGS，将会在生产上大大提高效率和质量。因此，发展一种绿色环保，成本低廉，操作简单的方法制备出单分散、高纯度以及可控化学计量比的亚族化合物InGaSe是当前热点问题。

InGaSe薄膜具有如下几个优点：（1）InGaSe光学性能好，在可见光区可稳定吸收；（2）在制作InGaSe过程中，通过控制不同的Ga掺入量，其禁带宽度可在1.02-1.67eV范围内调整；（3）InGaSe可以用来制作铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池，其禁带宽度可在连续可调，且光谱响应范围宽，这就为太阳能电池的带隙优化提供了很好的途径。

目前，InGaSe的合成方法大部分为气象法和液相法，其中对于化学气象沉积法（CVD）合成二维InGaSe的方法鲜有研究。然而，液相法多为多元醇溶液合成法，其工艺复杂，原料预处理繁琐，步骤较多，效率偏低; 现有制备InGaSe薄膜的方法还未曾报道过,且普遍存在结晶质量差，成分偏离化学计量比，不同课题组获得的InGaSe薄膜的光电性能差异很大。制备高质量单相InGaSe薄膜的工艺条件很苛刻。本发明采用化学气相沉积法，在真空条件下以各个元素的单质为原料在适宜的温度下进行生长，不仅工艺流程简单，成本较低，效率高，而且产品质量好，适用于大规模批量化生产。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种生长在Si衬底上的二维InGaSe及其制备方法。

本发明提供的一种生长在Si衬底上的二维InGaSe的制备方法，具有生长工艺简单，制备成本低廉的优点，且制备的二维InGaSe缺陷密度低、结晶质量好。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的一种生长在Si衬底上的二维InGaSe的制备方法，包括如下步骤：

（1）清洗：使用无水乙醇清洗Si衬底（硅衬底），再使用干燥氩气吹净，使外延生长面光滑无尘，得到清洗后的衬底；