[发明专利]一种硒化亚锗或硫化亚锗多晶薄膜及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种硒化亚锗或硫化亚锗多晶薄膜，所述薄膜是在水溶性还原剂、锗源、硫或硒源通过水热法在基底上形成非晶膜后，再进行退火处理得到，多晶薄膜的晶粒以站立取向生长。对于硒化亚锗或硫化亚锗多晶薄膜，其XRD分别在晶面(111)出峰，该晶面为晶粒站立取向，有利于载流子的传输，从而得到光电性能优异的硒化亚锗多晶薄膜。本发明方法不需要气相法通常需要的设备复杂，且需要精确控制工艺参数，而该方法操作设备简单,反应过程较易可控,可大面积生产，同时有利于对薄膜进行掺杂或者合金化处理，所制备的薄膜表面平整，晶粒均一。

技术领域

本发明属于光电材料及薄膜太阳能电池制备领域，具体涉及一种硒化亚锗或硫化亚锗多晶薄膜及其制备方法和用途。

背景技术

太阳能电池是一种将太阳能转换为电能的有效装置，它能够帮助人类高效地转换并利用太阳能，其中薄膜太阳能电池更因其优异的性能而被广泛关注。太阳能电池中使用的化合物半导体材料中大多含有稀有金属或有毒金属元素，这在很大程度上影响了太阳能电池的发展。硒化亚锗太阳电池由于具有高的吸光系数与合适的禁带宽度，其组成元素在地壳中的丰度较高且毒性很低等特性决定了硒化亚锗及硫化亚锗可作为薄膜太阳能电池的吸收层材料，但是目前该类薄膜的制备方法均为气相法，如热蒸发、磁控溅射、快速升华等，这些方法均设备复杂，且需精确控制工艺参数，所以人们希望找到一种简单的方法来制备高质量的硒化亚锗、硫化亚锗薄膜。

溶液法作为一种操作简单的薄膜制备方法，具有反应过程较易控制，可大面积生产，且易于对薄膜进行掺杂和合金化处理等优点。但是由于二价锗在溶液中不稳定，且需要选择合适的反应源从而使得反应过程中以较慢的速率释放Ge²⁺和S^2-或者Se^2-，从而由异质成核过程得到薄膜，才能得到光电性能优异的多晶薄膜。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供了一种硒化亚锗或硫化亚锗多晶薄膜及其制备方法，通过选择适当的水溶性还原剂，以及控制反应条件解决二价锗在溶液中不能稳定的问题，并选择合适的反应源，使得在反应过程中以较慢的速率释放Ge²⁺和S^2-或者Se^2-，从而由异质成核过程得到主要是站立取向的多晶薄膜，这样更有利于载流子的传输，从而得到光电性能优异的硫化亚锗或硒化亚锗多晶薄膜。本发明还提供了包括上述硒化亚锗或硫化亚锗非晶薄膜的太阳能电池，采用本发明的硒化亚锗或硫化亚锗非晶薄膜作为太阳能电池的p型吸收层，具有优异的光伏性能且对环境友好。溶液法具有设备简单，反应过程可控，可大面积生产，且较易对薄膜进行掺杂和合金化等优点。用于所述硒化亚锗、硫化亚锗多晶薄膜的制备时，制备过程简单，成膜质量好，大幅度降低了太阳能电池的制作成本，为太阳能电池产业化提供了一种十分具有发展前景的方法。

本发明通过以下技术手段来解决上述技术问题：

一种硒化亚锗或硫化亚锗多晶薄膜，其特征在于，所述薄膜是在水溶性还原剂、锗源、硫或硒源通过水热法在基底上形成非晶膜后，再进行退火处理得到，多晶薄膜的晶粒以站立取向生长。

进一步地，对于硫化亚锗多晶薄膜，其XRD衍射图谱在2θ＝33.3°±0.3°处出现特征峰，该峰对应硫化亚锗的(111)晶面，该晶面为站立取向，有利于载流子的传输，从而得到光电性能优异的硫化亚锗多晶薄膜；更进一步地，所述硫化亚锗多晶薄膜，其XRD衍射图谱在2θ＝32.2°±0.3°，2θ＝33.3°±0.3°，2θ＝34.2°±0.3°出现特征峰，且在2θ＝33.3°±0.3°的特征峰最强，表明硫化亚锗薄膜以站立取向生长。

更进一步地，所述硫化亚锗多晶薄膜在XRD衍射图谱在2θ＝32.2°±0.1°，2θ＝33.3°±0.1°，2θ＝34.2°±0.1°出现特征峰，且在2θ＝33.3°±0.1°的特征峰最强