[發(fā)明專利]一種銅鋅錫硫薄膜材料的硒化方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310141053.0
• 申請(qǐng)日: 2013-04-23
• 公開（公告）號(hào): CN103236452A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史偉民;李季戎;廖陽(yáng);錢雋;王國(guó)華;楊偉光;沈春夏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/0272
• 分類號(hào): H01L31/0272;H01L31/18;H01L31/0216
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及利用真空條件下利用氫氧焰對(duì)石英管進(jìn)行封管操作，并在管式退火爐中進(jìn)行熱處理，在石英管真空腔內(nèi)，在硒氣氛下對(duì)銅鋅錫硫薄膜進(jìn)行硒化處理的方法。屬太陽(yáng)能電池薄膜器件制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

能源是人類社會(huì)賴以生存發(fā)展的重要資源。全球人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)能源的需求日益加大。隨著世界能源的日益緊缺和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，太陽(yáng)能以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和巨大的開發(fā)利用潛力成為重要替代能源之一。

近來(lái)光伏市場(chǎng)主流的晶硅電池成本高昂，阻礙了光伏市場(chǎng)的發(fā)展，因此尋求新一代低成本、儲(chǔ)量豐富的吸收材料制成太陽(yáng)能電池，成為全球研究熱點(diǎn)。

直接帶隙的銅鋅錫硫（Cu₂ZnSnS₄，簡(jiǎn)寫為CZTS)半導(dǎo)體材料，黝錫礦結(jié)構(gòu)的四元化合物,其禁帶寬度為1.51eV,與半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池所要求的最佳禁帶寬度(1.5eV)十分接近。且各元素地殼儲(chǔ)量豐富,無(wú)毒環(huán)保,而成為太陽(yáng)能電池吸收層的最佳候選材料之一。

退火硒化制得的CZTSSe薄膜，研究發(fā)現(xiàn)，這種納米晶體薄膜上有很多包裹嚴(yán)實(shí)的大晶粒，大大提高了電池的轉(zhuǎn)化效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前銅鋅錫硫薄膜硒化存在的技術(shù)不足，提供一種低成本，高質(zhì)量的銅鋅錫硫材料硒化的方法。本發(fā)明方法反應(yīng)條件簡(jiǎn)單，不需要昂貴的設(shè)備。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案包括的步驟如下：

a)??????取壁厚1.5-2.0mm的石英管，加入酒精超聲15min，用去離子水沖洗干凈并烘干。

b)??????取0.2-0.3g高純硒粉或硒粒，裝入石英管，并推至石英管底部，將涂覆有銅鋅錫硫薄膜的載玻片沿管壁垂直放入石英管中。再取一根外直徑略小于石英管的石英管至于載玻片上端，作為封管時(shí)的封套。

c)??????將裝有載玻片與硒粒的石英管與擴(kuò)散泵、機(jī)械泵用真空橡皮管相連，并在接口處用真空硅脂實(shí)現(xiàn)密封；用機(jī)械泵和擴(kuò)散泵對(duì)石英管內(nèi)部抽高真空，真空度約為5×10^-3-5×10^-4Pa。

d)??????先打開氫氣管，點(diǎn)燃?xì)錃馊紵缓蟠蜷_氧氣管，并且調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)难鯕饬髁俊Ｔ诜馓缀褪⒐芙唤犹帲扔脷溲跹婧嬷涟谉釥顟B(tài)，進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱20-30s后，將氫氧焰的外焰集中于石英管和封套交接處，并且環(huán)繞石英管進(jìn)行燃燒，此時(shí)石英管發(fā)出白光，并且慢慢融化，熔融狀態(tài)的石英管與內(nèi)部的封套均勻接觸，移開氫氧焰，熔融的石英管會(huì)迅速冷卻，并且附著在內(nèi)部的封套上，此時(shí)石英管內(nèi)部形成真空腔。

e)??????待石英管冷卻后，將石英管取下，并且置于500-550℃的管式退火爐中。石英管中的硒粒融化并汽化，石英管中此時(shí)是硒氣氛，硒化30min，將石英管取出，置于空氣中冷卻至室溫，最后再?gòu)氖⒐苤腥〕鼋?jīng)硒化的銅鋅錫硫薄膜載玻片。

本發(fā)明的特點(diǎn)是：

1.??????加入的硒粉或硒粒的量可以影響硒化時(shí)的硒氣氛的壓力，控制銅鋅錫硫中硫被硒取代的取代率，控制禁帶寬度和晶粒大小。

2.??????不需用到石墨盒等，只需普通石英管即可，設(shè)備簡(jiǎn)單，易于操作，重復(fù)性好。

3.??????不產(chǎn)生有毒尾氣，安全高效。

附圖說(shuō)明

圖1是硒化裝置示意圖。

圖2是硒化前后薄膜在載玻片襯底上的X射線衍射譜（XRD）。圖中明顯得出，硒化后的樣品的XRD特征峰的峰強(qiáng)有明顯的加強(qiáng)，變得更加尖銳。雜相也消失了，表明經(jīng)過(guò)硒化處理，銅鋅錫硫材料在真空高溫的情況下進(jìn)行了再結(jié)晶反應(yīng)，使得材料由雜相變成了純相。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)將本發(fā)明的實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下：

實(shí)施例一

1.??????取壁厚1.5-2.0mm的石英管，加入酒精超聲15min，用去離子水沖洗干凈并烘干。

2.??????取0.2155g高純硒粒，裝入石英管，并推至石英管底部，將涂覆有銅鋅錫硫薄膜的載玻片沿管壁垂直放入石英管中。再取一根外直徑略小于石英管的石英管至于載玻片上端，作為封管時(shí)的封套。

3.??????將裝有載玻片與硒粒的石英管與擴(kuò)散泵、機(jī)械泵用橡膠管相連，并在接口處用真空硅脂實(shí)現(xiàn)密封。用機(jī)械泵和擴(kuò)散泵對(duì)石英管內(nèi)部抽高真空，真空度約為5×10^-4Pa。