[发明专利]一种Cu2

说明书

本发明公开了一种Cusubgt;2/subgt;Se薄膜材料的制备方法，先利用热蒸发法在清洗干净的Cu片上沉积一层Se薄膜，然后将沉积Se薄膜的Cu片进行热压退火，得到Cusubgt;2/subgt;Se薄膜材料。本发明方法简单，制备窗口宽，工艺要求不苛刻，所制备的Cusubgt;2/subgt;Se薄膜结晶性好，载流子迁移率大，导电性好。且Cusubgt;2/subgt;Se薄膜与Cu片形成特殊的Cusubgt;2/subgt;Se/Cu热发电器件结构，与常规热电材料不同，这种热发电结构温差来自于外加导线与Cusubgt;2/subgt;Se/Cu而非Cusubgt;2/subgt;Se薄膜内部温差。

技术领域

本发明属于热电材料技术领域，具体涉及一种Cu₂Se薄膜材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着人们对自然界能源的不断开采，能源危机日益加重。人们迫切需要一种绿色环保的能源转换器件，来解决这些问题。其中，热电转换器件是极具潜力的能源转换器件之一。

热电材料是一种能将热能直接转换为电能的功能材料，具有清洁、安全、能量来源广泛等优点。热电材料在温差发电、半导体制冷，以及作为传感器和温度控制器在微电子器件中广泛应用。Cu-S族类热电材料作为一类新型的p型热电材料，不含昂贵稀少有毒性的重金属元素Pb、Te、Bi等，组成中硫族元素(S、Se、Te)以及Cu元素均在地球中含量丰富，成为了人们研究最广泛的热电材料之一。目前Cu₂Se的制备方法主要有低温制备法，如化学水浴沉积法、电合成法、溶液生长法、水热法、电化学沉积法等，需要复杂的溶剂；高温制备法，如火花等离子烧结，球磨后热压，脉冲激光沉积等，需要高的温度。这些制备方法存在溶剂污染，消耗能源，制备成本高等缺点。因此，有必要探索制备工艺简单、廉价和环境友好的制备方法。

发明内容

本发明的目的是克服上述Cu₂Se材料制备方法中，需要使用大量溶剂易造成环境污染，反应温度较高造成能源浪费等制备工艺复杂、成本高等问题，提供一种热蒸发与热压结合两步法制备Cu₂Se薄膜材料的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：先利用热蒸发法在清洗干净的Cu片上沉积一层Se薄膜，然后将沉积Se薄膜的Cu片进行热压退火，得到Cu₂Se薄膜材料。

上述制备方法中，Cu片的清洗方法为：将Cu片衬底分别用乙醇、丙酮和去离子水超声清洗20～30min，然后用氮气吹干，得到清洗干净的Cu片。

上述制备方法中，利用热蒸发法在清洗干净的Cu片上沉积一层Se薄膜的条件为：热蒸发系统真空度为6×10^-3～3×10^-4Pa，沉积的Se薄膜的厚度为500nm～4μm。

上述制备方法中，所述热压退火的温度为150～300℃、时间为5～30min、压强为2～15MPa；优选热压退火的温度为200～280℃、时间为15～20min、压强为8～10MPa。

上述制备方法中，制备得到的Cu₂Se薄膜材料与衬底Cu片直接形成了Cu₂Se/Cu热发电器件。

本发明的有益效果如下：

本发明首次提出热蒸发与热压结合的方法制备Cu₂Se薄膜并且Cu₂Se薄膜与Cu片形成Cu₂Se/Cu热发电器件结构，与常规热电材料不同，这种热发电结构温差来自于热电压测试中万用表导线与Cu₂Se/Cu。本发明制备工艺简单，制备窗口宽，工艺要求不苛刻。所制备的Cu₂Se薄膜结晶性好，载流子迁移率大，导电性好。并且得到了热电性能优异的Cu₂Se/Cu异质结发电结构。

附图说明