基于硒化物層狀材料的濕法刻蝕和光電特性研究.pdf

1、硒化物層狀材料具有獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)特性，在薄膜太陽(yáng)電池、熱電器件等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景，已引起學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界的高度重視。本文研究了 Bi2Se3(V-VI族)和 In2Se3(III-VI族)為代表的硒化物的性質(zhì)、制備方法及其應(yīng)用。分別從硒化物層狀材料的刻蝕以及材料的光學(xué)電學(xué)性能來(lái)探討了硒化物層狀材料的特性和發(fā)展。研究在Si(111)襯底上采用物理氣相沉積（PVD）制備出單晶的Bi2Se3薄膜和分子束外延（MBE）的方法制備出單晶的In

2、2Se3薄膜，重點(diǎn)研究了 Bi2Se3材料的濕法刻蝕和單相In2Se3的光學(xué)特性。具體研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　　(1)研究了 K2Cr2O7-H2SO4和 K2Cr2O7-HCl兩種不同刻蝕液對(duì) Bi2Se3薄膜的刻蝕作用效果和反應(yīng)機(jī)理。雖然兩種刻蝕液對(duì) Bi2Se3薄膜的刻蝕都有效果，但刻蝕出來(lái)的界面還是有很大的差別。H+濃度為12 mol/L的K2Cr2O7-H2SO4刻蝕液，刻蝕30秒后的界面存在許多大的直徑在20 nm~3

3、00 nm之間的島狀物，而且其界面的粗糙度要高于K2Cr2O7-HCl刻蝕后的界面，這不能算是好的刻蝕界面；而H+濃度為8 mol/L的K2Cr2O7-HCl刻蝕液刻蝕30秒的界面平整光滑，雖然刻蝕之后的界面是一個(gè)富Bi的界面，但其橫向刻蝕性能良好。它們的刻蝕速率在室溫下均為120 nm/min。上述工作第一次系統(tǒng)的研究了Bi2Se3層狀材料的刻蝕，為Bi2Se3硒化物薄膜在熱電器件制備領(lǐng)域中的應(yīng)用提供了參考。
　　(2)研究了I

4、n2Se3薄膜的可控生長(zhǎng)和基于In2Se3薄膜的光電器件的變溫I-V特性和光電轉(zhuǎn)換效率。我們過(guò)控制In2Se3薄膜生長(zhǎng)的襯底溫度，成功制備除了α-In2Se3單晶薄并利用XRD和SEM觀測(cè)了其形貌；利用α-In2Se3單晶薄膜制備出了太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，并對(duì)該器件進(jìn)行了外量子轉(zhuǎn)換效率(EQE)的測(cè)量，盡管我們制作的太陽(yáng)能器件沒(méi)有做任何的抗反射圖層或者吸收窗口，器件在可見(jiàn)光波段530 nm到880nm的范圍內(nèi)，EQE的值超過(guò)20％，而且它的光

5、響應(yīng)下降邊緣達(dá)到880 nm。器件的面積為0.2 cm2，在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光強(qiáng)照射下(100 mW cm-2)，器件的短路光電流密度(JSC)，開(kāi)路電壓(VOC)和占空因數(shù)(ff)的值分別為：JSC=9.6 mA cm-2, VOC=247 mV and ff=32.3%，單位面積的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了0.77%。結(jié)果表明，利用MBE技術(shù)制備的In2Se3-Si光電池達(dá)到了比較高的光電轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)表明了In2Se3薄膜在光電領(lǐng)域中具有巨大