金属氧化物掺杂方法

技术领域

本发明涉及太阳电池技术领域，尤其涉及一种金属氧化物掺杂方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池制备过程中常用的p型材料有氧化镍，相关技术中，氧化镍常用的制备方法有真空法和溶液法，真空法往往是通过电子束蒸发、磁控溅射等方法直接沉积氧化镍，溶液法通常指直接配置纳米氧化镍的颗粒的胶体溶液进行旋涂、涂布。氧化镍纳米颗粒的制备通常由醋酸镍与氧化剂(去离子水)反应生成制备。溶液法相对于真空法，氧化镍的制备过程中更容易添加一些添加剂，其中其他金属离子的存在有助于提高载流子浓度和载流子迁移率，增强电导率改进电荷的转移和提取，减少复合损失，使以其他金属掺杂的氧化镍作为空穴传输层的器件效率高于传统的氧化镍作为空穴传输层的器件。

真空法往往是购买一定纯度的氧化镍靶材进行真空电镀，氧化镍的靶材是预先制备好的且商业可得的，使真空法很难对氧化镍进行掺杂，而一些领域的氧化镍制备方法无法采用溶液法，例如在制备钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池时，溶液法旋涂氧化镍纳米颗粒后，需要300摄氏度的退火成膜，而异质结硅基底的耐受温度为200摄氏度，因此制备钙钛矿的空穴传输层氧化镍时无法使用溶液法进行金属掺杂。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种金属氧化物掺杂方法，该金属氧化物掺杂方法使用真空电镀对样品依次进行不同的靶材镀膜，并利用脉冲光对样品进行单层加热，使不同的金属掺杂的同时不会损伤样品。

本发明实施例的金属氧化物掺杂方法包括以下步骤：

提供一真空电镀设备，在所述真空电镀设备内放置靶材，靶材包括镀膜靶材和掺杂靶材，将样品放置在所述真空电镀设备的样品台上；

使用所述镀膜靶材对所述样品进行真空电镀，沉积至预设厚度后停止电镀，使所述样品上形成镀膜金属薄膜；

使用所述掺杂靶材对所述样品进行真空电镀，沉积至预设厚度后停止电镀，使所述样品上形成镀膜金属和掺杂金属的复合薄膜；

利用脉冲光对所述复合薄膜进行加热；

重复使用所述镀膜靶材和所述掺杂靶材对所述样品进行真空电镀并对所述复合薄膜进行脉冲光加热，直至镀膜厚度达到所需制备的厚度。

本发明实施例的金属氧化物掺杂方法使用真空电镀对样品依次进行不同的靶材镀膜，并利用脉冲光对样品进行单层加热，使不同的金属掺杂的同时不会损伤样品。

在一些实施例中，在真空电镀过程中持续使用冷却水对样品进行降温。

在一些实施例中，对所述复合薄膜进行脉冲光加热时在所述样品和所述靶材之间设置挡板，对所述样品进行电镀时移除所述挡板。

在一些实施例中，利用脉冲光对所述复合薄膜进行加热的步骤包括：

快速升温，使用脉冲灯对所述复合薄膜进行脉冲光照，使所述复合薄膜迅速升温；

保温，停止对所述复合薄膜进行脉冲光照，所述复合薄膜进入保温阶段，掺杂金属向镀膜金属薄膜内扩散。

在一些实施例中，使用所述镀膜靶材对所述样品进行真空电镀后，利用脉冲光对所述镀膜金属薄膜进行加热。

在一些实施例中，对所述镀膜金属薄膜进行脉冲光加热时在所述样品和所述靶材之间设置挡板，对所述样品进行电镀时移除所述挡板。

在一些实施例中，所述真空电镀设备为磁控溅射设备，或者，所述真空电镀设备为电子束蒸发设备。

在一些实施例中，所述镀膜靶材为氧化镍靶材。

在一些实施例中，所述掺杂靶材为金属氧化物靶材，或者，所述掺杂靶材为单质金属靶材。

在一些实施例中，所述脉冲光的脉冲光波长适配复合薄膜的光吸收系数。

附图说明

图1是本发明实施例的金属氧化物掺杂方法的流程图。

图2是实施本发明实施例的金属氧化物掺杂方法的磁控溅射设备的示意图。

图3是实施本发明实施例的金属氧化物掺杂方法的电子束蒸镀设备的示意图。

附图标记：

壳体1；蒸镀腔11；退火腔12；

样品台2；

靶材31；蒸镀源32；

挡板4；

脉冲组件5。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

以下结合附图描述本发明实施例的金属氧化物掺杂方法。

如图1所示，本发明实施例的金属氧化物掺杂方法包括以下步骤：

提供一真空电镀设备，在真空电镀设备内放置靶材，靶材包括镀膜靶材和掺杂靶材，镀膜靶材和掺杂靶材位于样品台的同一侧，将样品放置在真空电镀设备的样品台上，并使样品所需镀膜的一面朝向镀膜靶材和掺杂靶材；

使用镀膜靶材对样品进行真空电镀，样品上的镀膜金属沉积至预设厚度后停止电镀，使样品上形成镀膜金属薄膜；

使用掺杂靶材对样品进行真空电镀，样品上的掺杂金属沉积至预设厚度后停止电镀，使样品上形成镀膜金属和掺杂金属的复合薄膜；

利用脉冲光对复合薄膜进行加热，复合薄膜在脉冲光的照射下迅速升温，参杂金属向镀膜金属薄膜内扩散；

重复使用镀膜靶材和掺杂靶材对样品进行真空电镀并对所述复合薄膜进行脉冲光加热，直至镀膜厚度达到所需制备的厚度。

本发明实施例的金属氧化物掺杂方法使用真空电镀对样品依次进行不同的靶材镀膜，并利用脉冲光对样品进行单层加热，使不同的金属掺杂的同时不会损伤样品。

在一些实施例中，在真空电镀过程中持续使用冷却水对样品进行降温，防止除复合薄膜之外的其它结构温度过高，进一步保证了衬底和其他结构不会温度过高受损。

在一些实施例中，对复合薄膜进行光脉冲加热时在样品和靶材之间设置挡板，对样品进行电镀时移除挡板，防止光脉冲加热时靶材原子对样品的复合薄膜造成污染。

在一些实施例中，利用光脉冲对复合薄膜进行加热的步骤包括：

快速升温，使用脉冲灯对复合薄膜进行脉冲光照，使复合薄膜迅速升温；

保温，停止对复合薄膜进行脉冲光照，复合薄膜进入保温阶段，掺杂金属向镀膜金属薄膜内扩散。

在一些实施例中，使用镀膜靶材对样品进行真空电镀后，利用光脉冲对镀膜金属薄膜进行加热，保证镀膜金属薄膜的质量。

在一些实施例中，对镀膜金属薄膜进行脉冲光加热时在样品和靶材之间设置挡板，对样品进行电镀时移除挡板，防止对镀膜金属薄膜进行加热时，靶原子对镀膜金属薄膜造成污染。

在一些实施例中，真空电镀设备为磁控溅射设备，或者，真空电镀设备为电子束蒸发设备。

如图2所示，可选的，真空电镀设备为磁控溅射设备，磁控溅射设备包括壳体1、样品台2、靶材31、挡板4和脉冲组件5，壳体1具有密封腔，样品台2连接于壳体1并位于密封腔内，样品台2的下端面用于固定样品，靶材31连接于壳体1并位于密封腔内并位于样品台2的正下方，靶材31用于向样品溅射靶原子，挡板4活动连接于壳体1并位于密封腔内，挡板4在遮挡位置和暴露位置之间可转换，在遮挡位置，挡板4位于靶材31与样品之间，在暴露位置，挡板4移出靶材31和样品之间，脉冲组件5安装在挡板4并位于挡板4与样品之间，脉冲组件5用于对样品进行加热。

靶材31向样品溅射靶原子时，挡板4处于暴露位置，当样品上沉积一定厚度的薄膜后停止溅射，并将挡板4转换为遮挡位置，随后脉冲组件5对薄膜进行特定参数脉冲光照射，由于不同物质对特定波长脉冲光的吸收系数不同，使薄膜吸收脉冲光迅速升温的同时，样品其它部分温度变化较小。磁控溅射设备通过脉冲组件5对样品特定层进行快速加热，完成特定层加热的同时避免了其它部分温度过高而变质或损毁，使不同的金属掺杂的同时不会损伤样品。

在一个具体的实施例中，金属氧化物掺杂方法包括以下步骤：

S1、在磁控溅射设备中同时放置纯度为99.9％的氧化镍靶材和氧化亚铜靶材，将需要沉积氧化镍的样品放置在样品台，开启冷却水以保证样品处于低温。

S2、使用氧化镍靶材对样品进行溅射，氧化镍薄膜达到预设的厚度后，停止氧化镍的溅射。

S3、将挡板移动至靶材和样品之间，开启脉冲灯，脉冲灯发出波长为800-1200nm的脉冲光对沉积好的氧化镍样品进行加热。

S4、关闭脉冲灯并将挡板移出靶材和样品之间，使用氧化亚铜靶材对样品进行溅射，氧化镍和氧化亚铜的复合薄膜达到预设的厚度后，停止氧化亚铜的溅射。

S5、将挡板移动至靶材和样品之间，开启脉冲灯，脉冲灯发出波长为800-1200nm的脉冲光对沉积好的氧化镍和氧化亚铜的复合薄膜进行加热。

S6、重复S2-S5步骤，直至薄膜达到预期需要制备的厚度

S7、关闭冷却水，取出样品结束制备。

如图3所示，可选的，真空电镀设备为电子束蒸发设备，电子束蒸发设备包括壳体1、样品台2、蒸镀源32、挡板4和脉冲组件5，壳体1具有蒸镀腔11和退火腔12，壳体1上还设有与退火腔12连通的开口，开口连通退火腔12和外界空气，样品台2可封堵在开口处并可从开口处移除，样品台2邻近退火腔12的一侧(如图3所示的下端)用于固定样品，蒸镀源32连接于壳体1并位于蒸镀腔11内，蒸镀源32用于向样品下端进行镀膜，且蒸镀源32的蒸镀范围覆盖整个样品台2，保证样品镀膜均匀，挡板4活动连接于壳体1并位于蒸镀腔11内，挡板4在遮挡位置和暴露位置之间可转换，在遮挡位置，挡板4隔开蒸镀腔11和退火腔12，在暴露位置，蒸镀腔11和退火腔12连通，脉冲组件5连接于挡板4，脉冲组件5用于对样品进行加热，在遮挡位置，脉冲灯位于退火腔12内。

蒸镀源32蒸镀时，样品台2封堵在开口处，挡板4位于暴露位置，当样品上沉积一定厚度的薄膜后停止蒸镀，并将挡板4移动至遮挡位置，随后脉冲组件5对薄膜进行脉冲光照射，薄膜吸收脉冲光迅速升温。利用挡板4作为退火腔12与蒸镀腔11的连接门，实现了蒸镀和退火互不干扰，利用蒸镀源32在样品上制备薄膜，并利用脉冲组件5对样品上的薄膜进行快速退火，使不同的金属掺杂的同时不会损伤样品。

在另一个具体的实施例中，金属氧化物掺杂方法包括以下步骤：

S1、在电子束蒸发设备中同时放置纯度为99.9％的氧化镍靶材和氧化亚铜靶材作为蒸镀源，将需要沉积氧化镍的样品放置在样品台，开启冷却水以保证样品处于低温。

S2、使用氧化镍靶材对样品进行蒸镀，氧化镍薄膜达到预设的厚度后，停止氧化镍的蒸镀。

S3、将挡板移动至蒸镀源和样品之间，开启脉冲灯，脉冲灯发出波长为800-1200nm的脉冲光对沉积好的氧化镍样品进行加热。

S4、关闭脉冲灯并将挡板移出靶材和样品之间，使用氧化亚铜靶材对样品进行蒸镀，氧化镍和氧化亚铜的复合薄膜达到预设的厚度后，停止氧化亚铜的蒸镀。

S5、将挡板移动至靶材和样品之间，开启脉冲灯，脉冲灯发出波长为800-1200nm的脉冲光对沉积好的氧化镍和氧化亚铜的复合薄膜进行加热。

S6、重复S2-S5步骤，直至薄膜达到预期需要制备的厚度

S7、关闭冷却水，取出样品结束制备。

在一些实施例中，镀膜靶材为氧化镍靶材。

在一些实施例中，掺杂靶材为金属氧化物靶材，或者，掺杂靶材为单质金属靶材。

在一些实施例中，光脉冲的脉冲光波长适配复合薄膜的光吸收系数。

可选的，掺杂靶材为氧化亚铜靶材，脉冲光的波长为800-1200nm。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。