[發(fā)明專利]一種濺射法制備高度取向的CuInS2外延薄膜的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210306684.9
• 申請(qǐng)日: 2012-08-24
• 公開（公告）號(hào): CN102796988A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何云斌;方金鋼;尚勛忠;王志強(qiáng);黎明鍇;常鋼;周桃生;尹向陽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州金升陽科技有限公司;湖北大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/34
• 分類號(hào): C23C14/34;C23C14/06;C30B23/02;C30B23/06;C30B29/46;H01L31/18
• 代理公司: 廣州知友專利商標(biāo)代理有限公司 44104
• 代理人: 宣國華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種CuInS₂外延薄膜的制備方法，具體涉及一種濺射法制備高度取向的CuInS₂外延薄膜的方法。?

背景技術(shù)

在上個(gè)世紀(jì)70年代，貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)I-III-VI₂化合物半導(dǎo)體CuInSe₂具有光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)。但是在隨后發(fā)現(xiàn)CuInS₂禁帶寬度（Eg=1.5eV）比CuInSe₂（Eg=1.02eV）寬，這使電池具有較高的開路電壓從而提高電池光電轉(zhuǎn)換效率，此外CuInS₂也具有高吸收系數(shù)（10⁴~10⁵cm^-3）、原料豐富、低成本、低毒性、無光致衰減等優(yōu)點(diǎn)。作為新一代半導(dǎo)體薄膜太陽能電池吸收材料，得到廣泛關(guān)注。理論上CuInS₂薄膜電池的光電轉(zhuǎn)換效率為28.5%，然而目前所報(bào)道的實(shí)際CuInS₂薄膜電池的最高效率只有13%左右，究其原因是人們對(duì)CuInS₂材料的電學(xué)性質(zhì)、以及其作為電池吸收層材料的作用機(jī)理了解不深，目前對(duì)于該種材料研究重點(diǎn)在于電池轉(zhuǎn)換效率的提高，而對(duì)其機(jī)理研究還不足。?

因此，近年來CuInS₂外延薄膜被廣泛用于研究CuInS₂的電學(xué)性質(zhì)，例如：摻雜類型、摻雜濃度、電子親和勢(shì)，電子空穴遷移率等等。同時(shí)也被用于研究CuInS₂與窗口層ZnO、緩沖層的晶格匹配以及能帶結(jié)構(gòu)的研究。而制備高度取向的CuInS₂外延薄膜是以上研究的第一步。?

目前，J.Eberhardt，Th.Hahn，R.Hunger，H.Metzner等利用分子束外延（MBE）方法制備得到CuInS₂外延薄膜，目前CuInS₂外延薄膜主要生長(zhǎng)方法是分子束外延（MBE）以及金屬有機(jī)物氣相外延（MOVPE）等方法，這些方法工藝復(fù)雜，對(duì)設(shè)備要求高，生長(zhǎng)速率低，難于控制兩種以上V族元素，易出現(xiàn)表面形態(tài)的卵形缺陷、長(zhǎng)須狀缺陷及多晶生長(zhǎng)。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供濺射法制備高度取向的CuInS₂外延薄膜的方法，該方法工藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求低。?

本發(fā)明的上述技術(shù)問題是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種濺射法制備高度取向的CuInS₂外延薄膜的方法，將清洗過的CuInS₂靶材和襯底分別放在靶臺(tái)和樣品臺(tái)上裝入真空室，調(diào)整靶臺(tái)與樣品臺(tái)之間的間距為30~60mm，開啟樣品臺(tái)和靶臺(tái)自轉(zhuǎn)，并調(diào)節(jié)?樣品臺(tái)的自轉(zhuǎn)速度為8~12r/min，靶臺(tái)的自轉(zhuǎn)速度為4~6r/min，調(diào)節(jié)襯底的生長(zhǎng)溫度為100~700℃，激光器的脈沖能量為150~250mJ，激光脈沖頻率為1~10Hz，開啟激光器，進(jìn)行濺射沉積10~60min，將CuInS₂靶材表面原子濺射出來沉積在襯底表面形成CuInS₂外延薄膜。?

本發(fā)明的CuInS₂靶材通過如下方法獲得：取CuInS₂粉末，加入去離子水進(jìn)行球磨，球磨后進(jìn)行干燥處理，在干燥后的CuInS₂粉末中加入去離子水并混勻得混勻物，將混勻物置于模具中，壓制成陶瓷坯片，進(jìn)行燒結(jié)后即獲得CuInS₂靶材。?

在CuInS₂靶材的制備過程中：取CuInS₂粉末，加入占其總重量的80~100%的去離子水進(jìn)行球磨，球磨后調(diào)解溫度為60~100℃進(jìn)行真空干燥處理。?

在CuInS₂靶材的制備過程中：在干燥后的CuInS₂粉末中加入占其總重量為8~12%的去離子水并混勻得混勻物。?

在CuInS₂靶材的制備過程中：球磨時(shí)的轉(zhuǎn)速為120~200r/min，球磨時(shí)間為3~5h。?

在CuInS₂靶材的制備過程中：燒結(jié)時(shí)將陶瓷坯片置于真空管式爐中以升溫速率為200℃/h加熱至920~980℃并保溫1~2h。?

本發(fā)明所述襯底為C軸取向的藍(lán)寶石和Si（111）襯底。?

本發(fā)明CuInS₂靶材清洗時(shí)采用包括丙酮、無水乙醇和去離子水中的一種或多種超聲波清洗。?