用于高效纳米偶极子太阳能电池的强极化装置及方法
【专利摘要】一种用于高效纳米偶极子太阳能电池的强极化装置，包括：一下电极；一对象薄膜，该对象薄膜制作在下电极上；一绝缘薄膜，该绝缘薄膜制作在对象薄膜上；一上电极，该上电极制作在薄膜上；一高压直流电源，其一端与下电极连接，另一端与上电极连接。本发明具有结构简单，退火工艺参数方便控制，适宜大面积处理和规模化流水线生产。
【专利说明】用于高效纳米偶极子太阳能电池的强极化装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体【技术领域】，特别涉及一种用于高效纳米偶极子太阳能电池的强极化装置及方法。
【背景技术】
[0002]退火时对薄膜加载电场存在距离近、温度高、电极接触难等问题。尤其是厚度接近10nm-5mm的薄膜，要在其两端加载1000V以上的电场而不击穿是很困难的，因为空气的介电常数为3KV/cm。单纯在薄膜上加载强电场，或者离开一定距离隔着空气加载强电场，都会导致空气击穿，使薄膜局部电流过大而烧穿。同时还要对薄膜进行退火处理，更加增大了对薄膜加强电场的难度。如果薄膜生长在不导电基底上，要对薄膜加电场，电极与薄膜的接触也存着困难。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于，提出一种在用于高效纳米偶极子太阳能电池的强极化装置及方法。本发明具有结构简单，退火工艺参数方便控制，适宜大面积处理和规模化流水线生产。
[0004]本发明提供一种用于高效纳米偶极子太阳能电池的强极化装置，包括:
[0005]一下电极；
[0006]一对象薄膜，该对象薄膜制作在下电极上；
[0007]一绝缘薄膜,该绝缘薄膜制作在对象薄膜上；
[0008]一上电极，该上电极制作在薄膜上；
[0009]一高压直流电源，其一端与下电极连接，另一端与上电极连接。
[0010]本发明还提供一种用于高效纳米偶极子太阳能电池的强极化方法，其是应用如上所述的装置，包括以下步骤:
[0011]步骤1:将需加电场处理的对象薄膜置于绝缘薄膜与上电极之间，或置于所述的绝缘薄膜与下电极之间，形成叠层；
[0012]步骤2:将叠层放入退火炉中，升温；
[0013]步骤3:将需加电场处理的对象薄膜通过一加载电场装置加载电压；
[0014]步骤4:将对象薄膜降温，取出被处理的所述的叠层，完成极化。
[0015]本发明的有益效果是:
[0016]1、需加电场进行退火处理的对象薄膜厚度可达10nm-5mm,厚度薄；所述的绝缘薄膜厚度为20 μ m-5mm。
[0017]2、电场强度可高达106V/cm。
[0018]3、电极与薄膜的接触方式灵活。在非常有限的退火炉空间里，电极和薄膜之间的接触可根据材料的状态、基底而定。
[0019]4、选择耐高温的绝缘薄膜则可承受不同温度，其中有的绝缘薄膜可耐受
800 °C -1000 °C 高温。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合附图和【具体实施方式】说明如后，其中:
[0021]图1为本发明装置结构示意图；
[0022]图2为本发明的制备流程图。
【具体实施方式】
[0023]请参阅图1所示，本发明提供一种用于高效纳米偶极子太阳能电池的强极化装置，包括:
[0024]一下电极I ;
[0025]一对象薄膜2，该对象薄膜2制作在下电极I上；
[0026]一绝缘薄膜3,该绝缘薄膜3制作在对象薄膜2上,所述的绝缘薄膜3的材料是云母、氧化铝、聚酰亚胺薄膜、聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚碳酸酯薄膜、纤维素酯薄膜、纤维素醚薄膜、聚氟化乙烯薄膜、聚苯乙烯薄膜、聚对苯乙烯薄膜或聚氯乙烯薄膜；
[0027]一上电极4，该上电极4制作在薄膜3上；
[0028]其中所述的下电极I和上电极4的材料为金属或透明导电薄膜；
[0029]一高压直流电源5，其一端与下电极I连接，另一端与上电极4连接。
[0030]请再参阅图2，并结合参阅图1，本发明提供一种用于高效纳米偶极子太阳能电池的强极化方法，其应用如前述的装置，包括以下步骤:
[0031]步骤1:将需加电场处理的对象薄膜2置于绝缘薄膜3与上电极4之间，或置于所述的绝缘薄膜3与下电极I之间，形成叠层；
[0032]步骤2:将叠层放入退火炉中，升温,所述的退火气氛为空气、氮气、氩气或氦气，通气方式为连续性或间歇性，所述将叠层升温，该升温的温度为150°C -1000°C，该退火的时间为 5min-300min ；
[0033]步骤3:在退火同时或之后将需加电场处理的对象薄膜2通过一加载电场装置5加载电压，所述的加载电压的方式为连续性或间歇性加载电压，所述加载的电压为500V-50000V，时间为 10s-300min ；
[0034]步骤4:将对象薄膜2降温，取出被处理的所述的叠层，所述对象薄膜2降温的温度为40°C以下，完成极化。
[0035]本发明加载强电场装置由上下布置的一对电极4、1构成，上电极4和下电极I之间有绝缘薄膜3。所述的绝缘薄膜3贴附在上电极4的下表面或下电极I的上表面。需加电场处理的对象薄膜2位于所述的绝缘薄膜3与上电极4之间，或位于所述的绝缘薄膜3与下电极I之间。所述的需加电场处理的对象薄膜2与绝缘薄膜3、上下电极4、1之间的位置关系从上至下依次为上电极4、绝缘薄膜3、需加电场处理的对象薄膜2、下电极1，或者为上电极4、需加电场处理的对象薄膜2、绝缘薄膜3、下电极I。
[0036]通过本发明的装置,可以退火极化处理的对象薄膜2厚度达10nm-5mm,真正意义上实现超薄薄膜加载强电场极化；装置的绝缘薄膜3厚度为20μπι-5πιπι ;容易实现偶极子电池宏观极化要求的104V/cm的强电场的需求；另外，极化电场强度可达106V/cm，对电池可以形成超强极化；选择耐高温的绝缘薄膜则可承受不同温度，其中有的绝缘薄膜可耐受8000C -1000°C高温，利于对象薄膜2形成宏观极化。
[0037]实施例1
[0038]本实施例需加电场退火处理的薄膜为硫化镉和碲化镉的对象薄膜2，厚度为2 μ m,电场由500V-10000V可调稳压直流电源5提供，上电极4与硫化镉和碲化镉混合的对象薄膜2之间放一矩形云母片，作为绝缘薄膜3。云母片厚度为0.2mm。上电极4为铝制材料，下电极I为ITO(掺锡的氧化铟材料)。处理的工艺方法为:
[0039](I)将带有硫化镉和碲化镉混合的对象薄膜的加载电场装置放入退火炉中，退火气氛为干空气，流量为0.5L/min ；
[0040](2)将对象薄膜升温至500°C ；
[0041](3)通过高压直流电源在对象薄膜两端加2800V电压，对薄膜进行退火的同时加电场处理，加电场连续退火处理时间30min ；
[0042](4)降温致40°C以下取出被处理的多数的薄膜。
[0043]本实施例在电压加至2800V，退火温度高达500°C条件下退火，无击穿现象。
[0044]实施例2
[0045]需加电场退火处理的为硫化镉和碲化镉的对象薄膜2，厚度为Ιμπι，电场由500V-10000V可调稳压直流电源5提供，上电极4与薄膜2之间放一聚酰亚胺绝缘薄膜3，厚度为0.15_，上电极4为铝制材料，下电极I为FTO (掺氟的氧化锡材料)。加电场退火处理，电压可加至3000ν，退火温度高达300°C，无击穿现象。处理的工艺方法为:(1)将带加载电场装置的薄膜放入退火炉中，退火气氛为氩气，流量0.lL/min ； (2)将薄膜升温至300°C ；
(3)通过高压直流电源在薄膜两端加3000V电压，对薄膜进行退火同时加电场处理，处理时间SOmin ； (4)降温致40°C以下取出样品。
[0046]实施例3
[0047]需加电场退火处理的薄膜为硫化镉对象薄膜2，厚度为0.5μπι，电场由500V-5000V可调稳压直流电源5提供，上电极与薄膜之间放一绝缘薄膜3矩形云母片，云母厚度为0.1_，上电极4为钼金制材料，下电极I为FTO (掺氟的氧化锡材料)。加电场退火处理，电压可加至ΙΟΟΟν，退火温度高达450°C，无击穿现象。处理的工艺方法为:(I)将带加载电场装置的薄膜放入退火炉中，退火气氛为腔体中原有的空气；(2)将薄膜升温至450°C;
(3)通过高压直流电源在薄膜两端加3000V电压，对薄膜进行退火同时加电场处理，处理时间10min ； (4)降温致40°C以下取出样品。
[0048]实施例4
[0049]需加电场退火处理的为碲化镉对象薄膜2，厚度为2 μ m，电场由500V-8000V可调稳压直流电源5提供，上电极与薄膜之间放一矩形聚酰亚胺绝缘薄膜3，厚度为0.1mm，上电极4为不锈钢制材料，下电极I为ITO (掺锡的氧化铟材料)。加电场退火处理，电压可加至1300v，退火温度高达250°C，无击穿现象。处理的工艺方法为:(1)将带加载电场装置的薄膜放入退火炉中；退火气氛为氮气，流量lL/min ；⑵将薄膜升温至250°C ； (3)通过高压直流电源在薄膜两端加1300V电压，对薄膜进行退火同时加电场处理，处理时间SOmin ； (4)降温致40°C以下取出样品。
[0050]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于高效纳米偶极子太阳能电池的强极化装置，包括: 一下电极； 一对象薄膜，该对象薄膜制作在下电极上； 一绝缘薄膜，该绝缘薄膜制作在对象薄膜上； 一上电极，该上电极制作在薄膜上； 一高压直流电源，其一端与下电极连接，另一端与上电极连接。
2.根据权利要求1所述的用于高效纳米偶极子太阳能电池的强极化装置，其中所述的下电极和上电极的材料为金属或透明导电薄膜。
3.根据权利要求1所述的用于高效纳米偶极子太阳能电池的强极化装置，其中所述的绝缘薄膜的材料是云母、氧化铝、聚酰亚胺薄膜、聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚碳酸酯薄膜、纤维素酯薄膜、纤维素醚薄膜、聚氟化乙烯薄膜、聚苯乙烯薄膜、聚对苯乙烯薄膜或聚氯乙烯薄膜。
4.一种用于高效纳米偶极子太阳能电池的强极化方法，其是应用如权利要求1所述的装置，包括以下步骤: 步骤1:将需加电场处理的对象薄膜置于绝缘薄膜与上电极之间，或置于所述的绝缘薄膜与下电极之间，形成叠层； 步骤2:将叠层放入退火炉中，升温； 步骤3:将需加电场处理的对象薄膜通过一加载电场装置加载电压； 步骤4:将对象薄膜降温，取出被处理的所述的叠层，完成极化。
5.根据权利要求4所述的用于高效纳米偶极子太阳能电池的强极化方法，其中所述的退火气氛为空气、氮气、氩气或氦气，通气方式为连续性或间歇性。
6.根据权利要求4所述的用于高效纳米偶极子太阳能电池的强极化方法，其中所述的加载电压的方式为连续性或间歇性加载电压。
7.根据权利要求4所述的用于高效纳米偶极子太阳能电池的强极化方法，其中将叠层升温，该升温的温度为150°C -1000°C。
8.根据权利要求6所述的用于高效纳米偶极子太阳能电池的强极化方法，其中加载的电压为 500V-50000V，时间为 10s-300min。
9.根据权利要求4所述的用于高效纳米偶极子太阳能电池的强极化方法，其中对象薄膜降温的温度为40°C以下。
10.根据权利要求5所述的用于高效纳米偶极子太阳能电池的强极化方法，其中，退火的时间为5min_300min。
【文档编号】H01L31/18GK104393108SQ201410583508
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】黄芳, 袁国栋, 李晋闽, 王军喜 申请人:中国科学院半导体研究所