背景及概述^[1][2]

碲化鋅是灰色或棕紅色粉末，是鋅和碲的化合物，化學(xué)式為ZnTe。通過(guò)升華可得寶石紅立方系晶體。在干燥空氣中穩(wěn)定，遇水則分解，放出有惡臭和有毒的碲化氫氣體。碲化鋅主要用于半導(dǎo)體和紅外材料，可用作熒光材料和磷光材料，還也可制作發(fā)光二極管、作紅外探測(cè)、輻射探測(cè)材料。碲化鋅對(duì)波長(zhǎng)為0.65μm的光有透過(guò)性，對(duì)波長(zhǎng)為1～8μm 的光的折射率為2.7。

制備^[2]

現(xiàn)有技術(shù)中，制備碲化鋅的方法有兩種，包括干法和濕法。其中，干法是將碲和鋅在密閉氣氛中加熱到1000～1200℃后進(jìn)行反應(yīng)合成碲化鋅；濕法是將碲化鈉和乙酸鋅在水溶液中反應(yīng)，生成黃棕色碲化鋅水合物沉淀。但干法的消耗時(shí)間長(zhǎng)，濕法的產(chǎn)品質(zhì)量難以保證，而且在制備碲化鋅的過(guò)程中，如遇到稀酸，則會(huì)反應(yīng)放出具有劇毒的碲化氫(H2Te)，可見(jiàn)對(duì)制備碲化鋅要求非常高。

CN201410198138.7提供了一種碲化鋅的制備方法，整個(gè)制備工藝流程利用高壓合成 方法，時(shí)間短，所需要的設(shè)備少，過(guò)量系數(shù)低，在一定程度上降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。為解決上述問(wèn)題，CN201410198138.7提供的一種碲化鋅的制備方法，包括：

A、向石墨坩堝內(nèi)投入碲和鋅混合物料后通入惰性氣體排盡氧氣，密閉坩 堝；

B、將坩堝置于密閉的耐熱容器內(nèi)，除盡耐熱容器內(nèi)氧氣后通入惰性氣體；

C、將耐熱容器內(nèi)壓力調(diào)節(jié)至0.6～3.0MPa，溫度升至1000～1500℃，再保溫1～4h后降溫；

D、降溫至小于60℃后排氣泄壓，取出混合物料，得到碲化鋅。

該方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：將碲和鋅置于石墨坩堝內(nèi)，待坩堝充滿惰性氣體后，置于密閉的耐熱容器內(nèi)加壓加熱反應(yīng)，整個(gè)制備工藝流程利用高壓合成方法，時(shí)間短，所需要的設(shè)備少，過(guò)量系數(shù)低， 在一定程度上降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)，通過(guò)將坩堝放置在高壓爐內(nèi)，避免了碲和鋅與其他工具的觸碰及使用，尤其避免了與石英質(zhì) 地工具及爐體的觸碰及使用，有效避免了容易與本工藝發(fā)生反應(yīng)的硅元素的引入，提高了碲化鋅的產(chǎn)品純度，有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

應(yīng)用 ^[3]

碲化鋅可用于制備一種基于氧摻雜碲化鋅納米線陣列的太陽(yáng)電池。圖1基于氧摻雜碲化鋅納米線陣列的太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)示意圖；其中A為立體圖，B為截面圖。

一種氧摻雜碲化鋅納米線陣列增強(qiáng)吸收的中間帶太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)，在中間帶太陽(yáng)電池技術(shù)的基礎(chǔ)上，以納米線為吸收層進(jìn)一步提升中間帶太陽(yáng)電池的光轉(zhuǎn)換效率，為制備出高效太陽(yáng)電池打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，有望實(shí)現(xiàn)下一代太陽(yáng)電池向高 效、低成本的方向發(fā)展?；谘鯎诫s碲化鋅納米線陣列的太陽(yáng)電池，自上而下依次為：包裹了氧化鋅/氧摻雜碲化鋅/碲化鋅三層同軸包覆的納米線陣列頂端的n型 AZO透明導(dǎo)電薄膜、氧化鋅/氧摻雜碲化鋅/碲化鋅三層同軸包覆的(豎直的)納米線陣列、包裹納米線底端的PMDS支撐層和p型摻雜高導(dǎo)單晶硅層襯底，利用具有中間帶特性的氧化鋅/ 氧摻雜碲化鋅/碲化鋅三層同軸包覆的豎直納米線陣列作為光電吸收層；

在AZO透明導(dǎo)電薄 膜和p型摻雜高導(dǎo)單晶硅層分別引出電極；氧摻雜碲化鋅納米線陣列高度為5～10μm，直徑為100-300nm，氧摻雜碲化鋅中氧擴(kuò)散摻雜濃度為1-5％,擴(kuò)散層厚度在20～100nm；碲化鋅厚度為10～50nm；氧化鋅、氧摻雜 碲化鋅、碲化鋅三者形成同軸包覆結(jié)構(gòu)，氧化鋅在最外層；在高分辨率場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微 鏡下觀察，每平方微米襯底表面上能觀察到的氧摻雜碲化鋅納米線數(shù)量應(yīng)在2根以上。

制備方法：氧化鋅/氧摻雜碲化鋅/碲化鋅三層同軸包覆的納米線陣列的物理氣相 沉積在多溫區(qū)管式爐中完成；碲化鋅源是粉末狀碲化鋅晶體，置于氣流的上游并且位于管 式爐的一個(gè)溫區(qū)加熱段的中央；沉積碲化鋅納米線的襯底置于碲化鋅源的下游并且位于一 個(gè)溫區(qū)加熱段中央或兩加熱段之間；沉積過(guò)程中多個(gè)加熱段同時(shí)升溫以保證管式爐內(nèi)溫度 分布均勻恒定,且保證蒸發(fā)源溫度維持在780～900℃，襯底溫度維持在380～450℃，保溫30 ～90分鐘，制備出均勻無(wú)缺陷的碲化鋅納米線；沉積碲化鋅所用催化劑金或者鉍，由電子束蒸發(fā)或磁控濺射工藝，鍍?cè)谟糜诔练e 碲化鋅的襯底上，再經(jīng)退火形成直徑25～100nm的顆粒；氣相輸運(yùn)碲化鋅的輸運(yùn)氣體使用高 純氮?dú)?，流量由氣體流量計(jì)精確控制在50～200sccm，由碲化鋅源流向襯底；

襯底表面與氣 相輸運(yùn)碲化鋅的氣流呈50°～80°角；在完成碲化鋅納米線的沉積后，將管式爐內(nèi)氣氛置換為氧氣與氮?dú)獾幕旌蠚猓郎夭⒕S持在200～300℃，保溫2～20小時(shí)。碲化鋅納米線的表面形成氧化鋅層，同時(shí)氧擴(kuò)散入碲化鋅晶格，形成氧摻雜碲化鋅層。三者形成氧化鋅/氧摻雜碲化鋅/碲化鋅同軸包覆納 米線結(jié)構(gòu)。氧化鋅/氧摻雜碲化鋅/碲化鋅同軸包覆納米線陣列通過(guò)對(duì)碲化鋅納米線陣列在 氧氣與氮?dú)獾幕旌蠚夥障峦嘶鹬苽涠伞?/p>

PDMS層通過(guò)注塑工藝制備，包裹在氧摻雜碲化鋅納米線的底端，注塑之后，通過(guò)氧 離子刻蝕露出納米線的頂端；PDMS層的厚度以包裹納米線陣列為準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)脈沖激光沉積的n型AZO透光層厚度為2～10μm，AZO層包裹氧摻雜碲化鋅納米 線的頂部，AZO層的透光率在85％以上，電阻率在10-4Ω·cm量級(jí)或者更低。氧摻雜碲化鋅具有中間帶能級(jí)，不僅可以吸收大于能量帶隙的光子，還可以通過(guò)價(jià)帶—中間帶、中間帶—導(dǎo)帶的電子躍遷方式吸收能量較小的光子，同時(shí)納米線結(jié)構(gòu)使得 光生電子空穴對(duì)在內(nèi)建電場(chǎng)作用下的漂移距離大幅縮短，降低了光生電子空穴的復(fù)合幾率從而增強(qiáng)太陽(yáng)電池對(duì)光的吸收轉(zhuǎn)換效率。

有益效果：摻雜碲化鋅具有中間帶能級(jí)，可以以較高的效率吸收光子并產(chǎn)生電子空穴對(duì)；同時(shí)納米線結(jié)構(gòu)減少了光生載流子的漂移距離，降低了光生載流子的復(fù)合幾率，因而這種太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)太陽(yáng)電池。本發(fā)明中中間帶納米線的使用，相對(duì)于常用薄膜吸收層，可以得到了更高的光電轉(zhuǎn)換效率。實(shí)驗(yàn)表明由上述方法制備的太陽(yáng) 電池，具有更高的光電轉(zhuǎn)換效率。

主要參考資料

[1] 化合物詞典

[2]CN201410198138.7 一種碲化鋅的制備方法

[3]CN201610466410.4一種基于氧摻雜碲化鋅納米線陣列的太陽(yáng)電池及制備方法