[發明專利]一種用四元素合金靶材制備銅鋅錫硫薄膜的方法

有效

• 申請號: 201310100433.X
• 申請日: 2013-03-26
• 公開（公告）號: CN103219420A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 徐從康
• 申請（專利權）人: 無錫舒瑪天科新能源技術有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種銅鋅錫硫薄膜的制備方法，具體是涉及采用四元素合金圓形靶材制備銅鋅錫硫薄膜的方法。

背景技術

作為被美國能源部和其他知名太陽能電池研究機構列為最有發展前景的薄膜太陽能電池技術，銅銦鎵硒太陽能電池技術正憑借著其廣泛的優勢吸引著越來越多的研究人員和投資者。迄今為止，銅銦鎵硒太陽能電池的效率在實驗室中已經突破了20.3%，與單晶硅相當。同時，越來越多的公司、機構正在致力于這項技術的試生產和商業擴大化。然而，銅銦鎵硒太陽能電池的工業化進程目前仍然落后于單晶硅太陽能電池和其他薄膜太陽能電池，例如碲化鎘薄膜電池。目前銅銦鎵硒太陽能電池實現大規模量產的最大障礙依然是其高昂的生產成本，因此整個行業迫切的需要尋找到一種有效方法來克服這一障礙，要將銅銦鎵硒太陽能電池板的大規模量產成本降到1美元/瓦以下，只有用礦源豐富的鋅、錫分別替代稀有元素銦、鎵，從而可實現大幅度降低原材料成本。銅鋅錫硫（硒）的物質結構與銅銦鎵硒的物質結構完全一樣，銅鋅錫硫（硒）太陽能電池結構也與銅銦鎵硒電池結構相同。

銅鋅錫硫（硒）薄膜的制備方法分為真空和非真空方法。目前最成功方法是非真空的溶液法，其效率可達到11.1%，但由于使用有毒的聯胺，對環境會造成很大的傷害。共蒸鍍方法是最有效銅銦鎵硒太陽能電池的生產方法，它能夠獲得最高效率20.3%的銅銦鎵硒太陽能電池。由于銅鋅錫硫（硒）有與銅銦鎵硒同樣的結構，用共蒸鍍法可望獲得高效率的銅鋅錫硫（硒）太陽能電池。但結果并不如所望。與銅銦鎵硒的共蒸發的研究成果相比，銅鋅錫硫（硒）的共蒸發研究成果少而又少。這是因為鋅錫的蒸汽壓高，用常規的四源或三源共蒸發方法難以獲得貧銅富鋅的大顆粒晶形界面以及高質量的銅鋅錫硫（硒）薄膜。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種采用四元素合金靶材制備銅鋅錫硫薄膜的方法，該方法能夠獲得高質量、高均勻度的薄膜。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為：

一種用四元素合金圓形靶材制備銅鋅錫硫薄膜的方法，該方法所用的四元素合金圓形靶材為Cu₂ZnSnS₄，該方法包括如下步驟：

（1）將沉積有鉬層的玻璃基底板加熱至300～400℃，調節濺射功率至30～200W，以圓形靶材Cu₂ZnSnS₄作為濺射靶材在基底上濺射得到第一層薄膜，濺射時間為15～60min，所述第一層薄膜表面呈貧銅富鋅狀態；

（2）調節玻璃基底板的溫度至400～600℃，調節濺射功率至80～200W，以圓形靶材Cu₂ZnSnS₄作為濺射靶材在第一層薄膜濺射得到第二層薄膜，濺射時間為30min～2h，所述第二層薄膜表面呈富銅狀態；

（3）調節玻璃基底板的溫度為400～600℃，調節濺射功率至30～200W，以圓形靶材Cu₂ZnSnS₄作為濺射靶材在第二層薄膜濺射得到第三層薄膜，濺射時間為20～60min，所述第三層薄膜表面呈貧銅狀態，即得銅鋅錫硫薄膜。

其中，所述靶材Cu₂ZnSnS₄的原子數比為1.5-2:（0.5-1.5）:（0.5-1.5）:4。

其中，所述靶材Cu₂ZnSnS₄的形狀為圓盤形。

其中，所述四元素合金圓形靶材Cu₂ZnSnS₄的直徑為25、50、75、100、或125毫米，厚度為6毫米或3毫米，所述四元素合金圓形靶材Cu₂ZnSnS₄黏合在厚度為2-4毫米與靶材直徑相同的銅基板上。

其中，所述玻璃基底板的厚度為2-6mm。

其中，所述鉬層的厚度為200～1500nm。