本发明公开了一种银铟镓硒薄膜，包括衬底，衬底的表面上依次涂覆有Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层。该银铟镓硒薄膜具有电子漂移饱和速度高、介电常数小、导电性能好的特点，同时，采用它制作的光伏电池具有光电转换效率高，开路电压大的特点。本发明还公开了该银铟镓硒薄膜的制备方法及应用。该银铟镓硒薄膜的制备方法通过研磨步骤，配置浆料步骤，涂覆步骤，加热及退火处理步骤制备得到，首次采用非真空方法制备银铟镓硒薄膜，与传统的真空方法相比，具有制备过程简单，制备效率高，价格低廉等优点，适合大面积制备AIGS薄膜。
1.一种银铟镓硒薄膜，包括衬底，其特征在于，所述衬底的表面上依次涂覆有Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层；
Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层的厚度分别为0.6-0.8微米，
研磨步骤：分别将Ag2Se块体、Ga2Se3块体及In2Se3块体进行研磨，分别得到Ag2Se纳米颗粒、Ga2Se3纳米颗粒及In2Se3纳米颗粒；
配置浆料步骤：分别将Ag2Se纳米颗粒、Ga2Se3纳米颗粒及In2Se3纳米颗粒溶解于酒精中，分别得到Ag2Se浆料、Ga2Se3浆料及In2Se3浆料；
涂覆步骤：在衬底的表面上采用旋转涂布的方式依次涂覆Ag2Se浆料、Ga2Se3浆料及In2Se3浆料，使得在衬底的表面依次形成Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层；
加热及退火处理步骤：将涂覆后的衬底在惰性气体环境中进行加热及退火处理，具体过程为：0-15min，加热温度由室温升高到580℃；15-120min，保持580℃；120-140min，温度降至200℃，得到银铟镓硒薄膜。
2.根据权利要求1所述的银铟镓硒薄膜，其特征在于，Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层的总厚度为1.6-2.2微米。
3.根据权利要求1所述的银铟镓硒薄膜，其特征在于，Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层的厚度分别为0.7微米，0.9微米，0.3微米。
4.根据权利要求1所述的银铟镓硒薄膜，其特征在于，所述衬底为镀有Mo的玻璃基底。
5.一种根据权利要求1-4任意一项所述银铟镓硒薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
研磨步骤：分别将Ag2Se块体、Ga2Se3块体及In2Se3块体进行研磨，分别得到Ag2Se纳米颗粒、Ga2Se3纳米颗粒及In2Se3纳米颗粒；
配置浆料步骤：分别将Ag2Se纳米颗粒、Ga2Se3纳米颗粒及In2Se3纳米颗粒溶解于酒精中，分别得到Ag2Se浆料、Ga2Se3浆料及In2Se3浆料；
涂覆步骤：在衬底的表面上采用旋转涂布的方式依次涂覆Ag2Se浆料、Ga2Se3浆料及In2Se3浆料，使得在衬底的表面依次形成Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层；
加热及退火处理步骤：将涂覆后的衬底在惰性气体环境中进行加热及退火处理，具体过程为：0-15min，加热温度由室温升高到580℃；15-120min，保持580℃；120-140min，温度降至200℃，得到银铟镓硒薄膜。
6.根据权利要求5所述所述银铟镓硒薄膜的制备方法，其特征在于，Ag2Se纳米颗粒、Ga2Se3纳米颗粒及In2Se3纳米颗粒的平均粒径小于2微米。
7.根据权利要求5所述所述银铟镓硒薄膜的制备方法，其特征在于，配置浆料步骤中，Ag2Se浆料的浓度为每克酒精中含有3-5mgAg2Se纳米颗粒，Ga2Se3浆料的浓度为每克酒精中含有3-5mgAg2Se纳米颗粒，In2Se3浆料的浓度为每克酒精中含有3-5mgAg2Se纳米颗粒。
8.一种根据权利要求1-4任意一项所述银铟镓硒薄膜的应用，其特征在于，该银铟镓硒薄膜在光伏电池中的应用。
9.根据权利要求8所述银铟镓硒薄膜的应用，其特征在于，所述光伏电池的制备方法，包括：研磨步骤：分别将Ag2Se块体、Ga2Se3块体及In2Se3块体进行研磨，分别得到Ag2Se纳米颗粒、Ga2Se3纳米颗粒及In2Se3纳米颗粒；配置浆料步骤：分别将Ag2Se纳米颗粒、Ga2Se3纳米颗粒及In2Se3纳米颗粒溶解于酒精中，分别得到Ag2Se浆料、Ga2Se3浆料及In2Se3浆料；涂覆步骤：在衬底的表面上采用旋转涂布的方式依次涂覆Ag2Se浆料、Ga2Se3浆料及In2Se3浆料，使得在衬底的表面依次形成Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层；加热及退火处理步骤：将涂覆后的衬底在惰性气体环境中进行加热及退火处理，具体过程为：0-
15min，加热温度由室温升高到580℃；15-120min，保持580℃；120-140min，温度降至200℃，得到银铟镓硒薄膜；CdS制作步骤：采用CBD的方式在银铟镓硒薄膜上制备一层CdS；窗口层制作步骤：采用MOCVD的方式在CdS上制作窗口层；具体过程如下：首先在MOCVD设备的腔体内通入Zn的金属有机物和水，二者反应生成i-ZnO，待厚度达到50nm之后，增加B的化合物，三者发生反应生成ZnO：B；其中，i-ZnO中i的含义是指没有掺杂的条件下获得的ZnO；ZnO：B是指掺杂有B的ZnO；Al栅极制作步骤：采用蒸发的方式在窗口层上沉积Al栅极，得到光伏电池。
一种银铟镓硒薄膜及其制备方法和应用
技术领域
[0001] 本发明涉及一种半导体材料，具体来说是涉及一种银铟镓硒薄膜及其制备方法和应用。
背景技术
[0002] 宽禁带半导体材料也被称为第三代半导体材料(一代和二代分别为硅、锗)，其带隙大于或等于2.3eV。宽禁带半导体材料一般具有电子漂移饱和速度高、介电常数小、导电性能好等特点，受到了研究者广泛研究。传统的宽禁带半导体有SiC、GaN、ZnO和Ga2O3等，以及其他II-VI组化合物材料。这类宽禁带材料具有短波吸收、高击穿电压等特点，因此在发光二极管(LEDs)与激光二极管(LDs)领域具有巨大的应用前景。此外，随着近些年太阳能电池(SCs)的迅猛发展，宽禁带半导体材料开始在太阳能电池领域发挥重要作用。比如研究者开发了许多宽禁带有机聚合物半导体材料广泛应用于聚合物太阳能电池，也有研究者将许多宽禁带材料(如ZnO、NiO和MoO3等)薄膜应用于钙钛矿太阳能电池充当电子/空穴传输层。
[0003] 银铟镓硒薄膜是一种宽禁带半导体材料，非常适合用做黄铜矿基叠层薄膜太阳能电池的顶层，但是现有技术中的制备方法主要有真空法和非真空法。真空法主要分为共蒸法和两步法。共蒸法需要对每种元素的蒸发速率和沉积量进行精确控制，要求设备具有很高的控制精度，设备的技术难度和造价均很高。溅射金属预置膜+硒化两步法的靶材利用率低，成膜时间长，硒化工艺难以控制，投资成本和电池成本均较高。
发明内容
[0004] 针对现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种银铟镓硒薄膜,它具有电子漂移饱和速度高、介电常数小、导电性能好的特点，同时，采用它制作的光伏电池具有光电转换效率高，开路电压大的特点。
[0005] 本发明的第二个目的是为了提供一种银铟镓硒薄膜的制备方法，本发明首次采用非真空方法制备银铟镓硒薄膜(简称为AIGS薄膜)，与传统的真空方法相比，具有制备过程简单，制备效率高，价格低廉等优点，适合大面积制备AIGS薄膜。
[0006] 本发明的第三个目的是为了提供一种银铟镓硒薄膜在光伏电池中的应用，该光伏电池具有光电转换效率高，开路电压大的特点。
[0007] 实现本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0008] 一种银铟镓硒薄膜，包括衬底，其特征在于,所述衬底的表面上依次涂覆有Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层。
[0009] 作为优选，Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层的总厚度为1.6-2.2微米。
[0010] 作为优选，Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层的厚度分别为0.6-0.8微米，0.8-1.0微米，0.2-0.4微米。
[0011] 作为优选，Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层的厚度分别为0.7微米，0.9微米，0.3微米。
[0012] 作为优选，所述衬底为镀有Mo的玻璃基底。
[0013] 实现本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0014] 一种银铟镓硒薄膜的制备方法，其特征在于,包括：
[0015] 研磨步骤：分别将Ag2Se块体、Ga2Se3块体及In2Se3块体进行研磨，分别得到Ag2Se纳米颗粒、Ga2Se3纳米颗粒及In2Se3纳米颗粒；
[0016] 配置浆料步骤：分别将Ag2Se纳米颗粒、Ga2Se3纳米颗粒及In2Se3纳米颗粒溶解于酒精中，分别得到Ag2Se浆料、Ga2Se3浆料及In2Se3浆料；
[0017] 涂覆步骤：在衬底的表面上采用旋转涂布的方式依次涂覆Ag2Se浆料、Ga2Se3浆料及In2Se3浆料，使得在衬底的表面依次形成Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层；
[0018] 加热及退火处理步骤：将涂覆后的衬底在惰性气体环境中进行加热及退火处理，具体过程为：0-15min，加热温度由室温升高到580℃；15-120min，保持580℃；120-140min，温度降至200℃，得到银铟镓硒薄膜。
[0019] 作为优选，研磨步骤中，Ag2Se纳米颗粒、Ga2Se3纳米颗粒及In2Se3纳米颗粒的平均粒径小于2微米。
[0020] 作为优选，配置浆料步骤中，Ag2Se浆料的浓度为每克酒精中含有3-5mgAg2Se纳米颗粒，Ga2Se3浆料的浓度为每克酒精中含有3-5mgAg2Se纳米颗粒，In2Se3浆料的浓度为每克酒精中含有3-5mgAg2Se纳米颗粒。
[0021] 实现本发明的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0022] 一种银铟镓硒薄膜的应用，其特征在于，该银铟镓硒薄膜在光伏电池中的应用。
[0023] 作为优选，所述光伏电池的制备方法，包括：
[0024] 研磨步骤：分别将Ag2Se块体、Ga2Se3块体及In2Se3块体进行研磨，分别得到Ag2Se纳米颗粒、Ga2Se3纳米颗粒及In2Se3纳米颗粒；
[0025] 配置浆料步骤：分别将Ag2Se纳米颗粒、Ga2Se3纳米颗粒及In2Se3纳米颗粒溶解于酒精中，分别得到Ag2Se浆料、Ga2Se3浆料及In2Se3浆料；
[0026] 涂覆步骤：在衬底的表面上采用旋转涂布的方式依次涂覆Ag2Se浆料、Ga2Se3浆料及In2Se3浆料，使得在衬底的表面依次形成Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层；
[0027] 加热及退火处理步骤：将涂覆后的衬底在惰性气体环境中进行加热及退火处理，具体过程为：0-15min，加热温度由室温升高到580℃；15-120min，保持580℃；120-140min，温度降至200℃，得到银铟镓硒薄膜；
[0028] CdS制作步骤：采用CBD的方式在银铟镓硒薄膜上制备一层CdS；
[0029] 窗口层制作步骤：采用MOCVD的方式在CdS上制作窗口层；具体过程如下：首先在MOCVD设备的腔体内通入Zn的金属有机物和水，二者反应生成i-ZnO，待厚度达到50nm之后，增加B的化合物，三者发生反应生成ZnO：B；其中，i-ZnO中i的含义是指没有掺杂的条件下获得的ZnO；ZnO：B是指掺杂有B的ZnO；
[0030] Al栅极制作步骤：采用蒸发的方式在窗口层上沉积Al栅极，得到光伏电池；
[0031] CdS制作步骤：采用CBD(化学水浴沉积)的方式在银铟镓硒薄膜上制备一层CdS；
[0032] 窗口层制作步骤：采用MOCVD(有机金属化学气相沉积)的方式在CdS上制作窗口层；具体过程如下：首先在MOCVD设备的腔体内通入Zn的金属有机物和水，二者反应生成i-ZnO，待厚度达到50nm之后，增加B的化合物，三者发生反应生成ZnO：B；其中，i-ZnO中i的含义是指没有掺杂的条件下获得的ZnO；ZnO：B是指掺杂有B的ZnO；
[0033] Al栅极制作步骤：采用蒸发的方式在窗口层上沉积Al栅极，得到光伏电池。
[0034] 本发明的有益效果在于：
[0035] 1、本发明通过在衬底的表面上依次涂覆有Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层，同时优化了各纳米颗粒层的厚度，使得银铟镓硒薄膜具有电子漂移饱和速度高、介电常数小、导电性能好的特点，同时，采用它制作的光伏电池具有光电转换效率高，开路电压大的特点。
[0036] 2、本发明通过研磨步骤，配置浆料步骤，涂覆步骤，加热及退火处理步骤制备得到银铟镓硒薄膜，优化了各步骤的参数，首次采用非真空方法制备银铟镓硒薄膜，与传统的真空方法相比，具有制备过程简单，制备效率高，价格低廉等优点，适合大面积制备AIGS薄膜。
[0037] 3、本发明提供一种银铟镓硒薄膜在光伏电池中的应用，该光伏电池具有光电转换效率高，开路电压大的特点，该光伏电池的光电转换效率为6％，开路电压可以达到0.9V。
具体实施方式
[0038] 下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，除特殊说明外，以下实施例中所采用的原料均可从市场购得。
[0039] 研磨步骤采用日本长尾系统公司的B015-05型球磨机。
[0040] 实施例1：
[0041] 一种银铟镓硒薄膜，包括衬底，所述衬底的表面上依次涂覆有Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层；Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层的厚度分别为0.7微米，0.9微米，0.3微米。所述衬底为镀有Mo的玻璃基底。
[0042] 一种银铟镓硒薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0043] 研磨步骤：分别将Ag2Se块体、Ga2Se3块体及In2Se3块体进行研磨，分别得到Ag2Se纳米颗粒、Ga2Se3纳米颗粒及In2Se3纳米颗粒；Ag2Se纳米颗粒、Ga2Se3纳米颗粒及In2Se3纳米颗粒的平均粒径小于2微米；
[0044] 配置浆料步骤：分别将Ag2Se纳米颗粒、Ga2Se3纳米颗粒及In2Se3纳米颗粒溶解于酒精中，分别得到Ag2Se浆料、Ga2Se3浆料及In2Se3浆料；Ag2Se浆料的浓度为每克酒精中含有4mgAg2Se纳米颗粒，Ga2Se3浆料的浓度为每克酒精中含有4mgAg2Se纳米颗粒，In2Se3浆料的浓度为每克酒精中含有4mgAg2Se纳米颗粒。
[0045] 涂覆步骤：在衬底的表面上采用旋转涂布的方式依次涂覆Ag2Se浆料、Ga2Se3浆料及In2Se3浆料，使得在衬底的表面依次形成Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层；
[0046] 加热及退火处理步骤：将涂覆后的衬底在氮气环境中进行加热及退火处理，氮气浓度为99.9％。具体过程为：0-15min，加热温度由室温升高到580℃；15-120min，保持580℃；120-140min，温度降至200℃，得到银铟镓硒薄膜。
[0047] 实施例2：
[0048] 一种银铟镓硒薄膜，包括衬底，所述衬底的表面上依次涂覆有Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层；Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层的厚度分别为0.6微米，0.8微米，0.2微米。所述衬底为镀有Mo的玻璃基底。
[0049] 一种银铟镓硒薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0050] 研磨步骤：分别将Ag2Se块体、Ga2Se3块体及In2Se3块体进行研磨，分别得到Ag2Se纳米颗粒、Ga2Se3纳米颗粒及In2Se3纳米颗粒；Ag2Se纳米颗粒、Ga2Se3纳米颗粒及In2Se3纳米颗粒的平均粒径小于1微米；
[0051] 配置浆料步骤：分别将Ag2Se纳米颗粒、Ga2Se3纳米颗粒及In2Se3纳米颗粒溶解于酒精中，分别得到Ag2Se浆料、Ga2Se3浆料及In2Se3浆料；Ag2Se浆料的浓度为每克酒精中含有3mgAg2Se纳米颗粒，Ga2Se3浆料的浓度为每克酒精中含有3mgAg2Se纳米颗粒，In2Se3浆料的浓度为每克酒精中含有3mgAg2Se纳米颗粒。
[0052] 涂覆步骤：在衬底的表面上采用旋转涂布的方式依次涂覆Ag2Se浆料、Ga2Se3浆料及In2Se3浆料，使得在衬底的表面依次形成Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层；
[0053] 加热及退火处理步骤：将涂覆后的衬底在氮气环境中进行加热及退火处理，具体过程为：0-15min，加热温度由室温升高到580℃；15-120min，保持580℃；120-140min，温度降至200℃，得到银铟镓硒薄膜。
[0054] 实施例3：
[0055] 一种银铟镓硒薄膜，包括衬底，所述衬底的表面上依次涂覆有Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层；Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层的厚度分别为0.8微米，1.0微米，0.4微米。所述衬底为镀有Mo的玻璃基底。
[0056] 一种银铟镓硒薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0057] 研磨步骤：分别将Ag2Se块体、Ga2Se3块体及In2Se3块体进行研磨，分别得到Ag2Se纳米颗粒、Ga2Se3纳米颗粒及In2Se3纳米颗粒；Ag2Se纳米颗粒、Ga2Se3纳米颗粒及In2Se3纳米颗粒的平均粒径小于2微米；
[0058] 配置浆料步骤：分别将Ag2Se纳米颗粒、Ga2Se3纳米颗粒及In2Se3纳米颗粒溶解于酒精中，分别得到Ag2Se浆料、Ga2Se3浆料及In2Se3浆料；Ag2Se浆料的浓度为每克酒精中含有5mgAg2Se纳米颗粒，Ga2Se3浆料的浓度为每克酒精中含有5mgAg2Se纳米颗粒，In2Se3浆料的浓度为每克酒精中含有5mgAg2Se纳米颗粒。
[0059] 涂覆步骤：在衬底的表面上采用旋转涂布的方式依次涂覆Ag2Se浆料、Ga2Se3浆料及In2Se3浆料，使得在衬底的表面依次形成Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层；
[0060] 加热及退火处理步骤：将涂覆后的衬底在氮气环境中进行加热及退火处理，具体过程为：0-15min，加热温度由室温升高到580℃；15-120min，保持580℃；120-140min，温度降至200℃，得到银铟镓硒薄膜。
[0061] 实施例4：
[0062] 一种银铟镓硒薄膜，包括衬底，所述衬底的表面上依次涂覆有Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层；Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层的厚度分别为0.7微米，0.9微米，0.4微米。所述衬底为镀有Mo的玻璃基底。
[0063] 一种银铟镓硒薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0064] 研磨步骤：分别将Ag2Se块体、Ga2Se3块体及In2Se3块体进行研磨，分别得到Ag2Se纳米颗粒、Ga2Se3纳米颗粒及In2Se3纳米颗粒；Ag2Se纳米颗粒、Ga2Se3纳米颗粒及In2Se3纳米颗粒的平均粒径小于1微米；
[0065] 配置浆料步骤：分别将Ag2Se纳米颗粒、Ga2Se3纳米颗粒及In2Se3纳米颗粒溶解于酒精中，分别得到Ag2Se浆料、Ga2Se3浆料及In2Se3浆料；Ag2Se浆料的浓度为每克酒精中含有3mgAg2Se纳米颗粒，Ga2Se3浆料的浓度为每克酒精中含有4mgAg2Se纳米颗粒，In2Se3浆料的浓度为每克酒精中含有5mgAg2Se纳米颗粒。
[0066] 涂覆步骤：在衬底的表面上采用旋转涂布的方式依次涂覆Ag2Se浆料、Ga2Se3浆料及In2Se3浆料，使得在衬底的表面依次形成Ag2Se纳米颗粒层、Ga2Se3纳米颗粒层及In2Se3纳米颗粒层；
[0067] 加热及退火处理步骤：将涂覆后的衬底在氮气环境中进行加热及退火处理，具体过程为：0-15min，加热温度由室温升高到580℃；15-120min，保持580℃；120-140min，温度降至200℃，得到银铟镓硒薄膜。
[0068] 实施例5
[0069] 一种银铟镓硒薄膜的应用，该银铟镓硒薄膜在光伏电池中的应用。
[0070] 所述光伏电池的制备方法，包括：
[0071] 银铟镓硒薄膜的制备步骤：采用如实施例1所述的银铟镓硒薄膜的制备方法，得到银铟镓硒薄膜；
[0072] CdS制作步骤：采用CBD(化学水浴沉积)的方式在银铟镓硒薄膜上制备一层CdS；
[0073] 窗口层制作步骤：采用MOCVD(有机金属化学气相沉积)的方式在CdS上制作窗口层；具体过程如下：首先在MOCVD设备的腔体内通入Zn的金属有机物和水，二者反应生成i-ZnO，待厚度达到50nm之后，增加B的化合物，三者发生反应生成ZnO：B；其中，i-ZnO中i的含义是指没有掺杂的条件下获得的ZnO；ZnO：B是指掺杂有B的ZnO；
[0074] Al栅极制作步骤：采用蒸发的方式在窗口层上沉积Al栅极，得到光伏电池。
[0075] 采用本实施例5制备得到光伏电池，光电转换效率为6％，开路电压可以达到0.9V。
[0076] 对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
