[發明專利]一種銅鋅錫硫薄膜的制備方法

在審

• 申請號: 201410391367.0
• 申請日: 2014-08-11
• 公開（公告）號: CN104201236A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 檀滿林;劉榮躍;張維麗;李冬霜;符冬菊;馬清;葉利強;王曉偉;陳建軍
• 申請（專利權）人: 深圳清華大學研究院
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/032
• 代理公司: 深圳市鼎言知識產權代理有限公司 44311
• 代理人: 孔麗霞

技術領域

本發明涉及一種半導體銅鋅錫硫薄膜的制備方法，屬于薄膜太陽能電池領域。

背景技術

光伏發電新能源近年來發展迅速，備受世界矚目，有望成為解決能源危機和環境危機的有效途徑。目前的太陽能電池主要為硅太陽能電池。但是，硅太陽能電池依靠的光吸收層為單晶硅或微晶硅，其屬于間接帶隙半導體材料，需要較厚的薄膜厚度去吸收寬闊的太陽能光譜，且單晶硅的成本高昂。

四元化合物銅鋅錫硫（Cu₂ZnSnS₄，簡稱?CZTS）屬于直接帶隙P型半導體材料，禁帶寬度與太陽能電池的最佳禁帶寬度（1.5eV）值匹配，光吸收系數大于?10⁴cm^-1，組成元素地表豐富、無毒環境友好、低成本。因此，銅鋅錫硫材料具有很高的光電轉換效率，最有潛力替代硅作為新型太陽能電池的光吸收層材料。

2013年11月14日公開的公開號為US2013/0302597Al的美國專利申請公開一種采用連續離子層吸附反應法(Successive?Ion?Layer?Adsorption?and?Reaction)法制備銅鋅錫硫薄膜的方法。該方法包括將硫酸銅(CuSO₄)、硫酸錫(SnSO₄)、硫酸鋅(ZnSO₄)進行混合得到一陽離子溶液(cationic?solution)；將一基底浸入該陽離子溶液使基底表面吸附銅離子(Cu²⁺)、錫離子(Sn²⁺)、鋅離子(Zn²⁺)陽離子；去離子水清洗該吸附陽離子的基底；將該清洗后的基底浸入一硫化鈉（Na₂S）陰離子溶液(anionic?solution)?使基底表面吸附硫離子(S^2-)陰離子；以及退火處理。然而，該方法中，在基底表面共吸附陽離子過程中，由于Cu²⁺、Sn²⁺、Zn²⁺離子競爭，容易導致銅鋅錫硫薄膜各成分比例不好控制，在銅鋅錫硫薄膜中出現雜相。例如，從US2013/0302597Al附圖4-6可以看出，其制備的銅鋅錫硫薄膜中有明顯的惡ZnO，SnO₂雜相。

發明內容

有鑒于此，確有必要提供一種可以有效控制銅鋅錫硫薄膜中各成分的比例，且制備單相銅鋅錫硫薄膜的方法。

一種銅鋅錫硫薄膜的制備方法，該方法包括以下步驟：

S10，將一基底在一第一陽離子溶液中浸漬后取出，使該基底的表面吸附一銅離子和錫離子的混合離子層；

S11，清洗該銅離子和錫離子的混合離子層；

S12，將形成有銅離子和錫離子的混合離子層的基底在一第一陰離子溶液中浸漬后取出，使該銅離子和錫離子的混合離子層的表面吸附多個第一硫離子，且該多個第一硫離子與該銅離子和錫離子的混合離子層發生反應形成一硫化銅和硫化錫混合化合物薄膜；

S13，清洗該硫化銅和硫化錫混合化合物薄膜；

S14，將形成有硫化銅和硫化錫混合化合物薄膜的基底在一第二陽離子溶液中浸漬后取出，使該硫化銅和硫化錫混合化合物薄膜的表面吸附一鋅離子層；

S15，清洗該鋅離子層；

S16，將形成有鋅離子層的基底在一第二陰離子溶液中浸漬后取出，使該第二陽離子層的表面吸附多個第二硫離子，且該多個第二硫離子與該鋅離子層發生反應形成一硫化鋅化合物薄膜；

S17，清洗該硫化鋅化合物薄膜從而得到一吸附有銅鋅錫硫薄膜前驅體的基底；以及

S18，對該吸附有銅鋅錫硫薄膜前驅體的基底進行硫化處理。

與現有技術相比較，本發明提供的銅鋅錫硫薄膜的制備方法，先沉積銅離子和錫離子的薄膜化合物，再沉積鋅離子的薄膜化合物，可以解決銅離子、錫離子和鋅離子共吸附過程中由于離子競爭而導致薄膜成分的不均勻，有效控制銅鋅錫硫薄膜中各成分的比例，制備單相銅鋅錫硫薄膜。

附圖說明

圖1為本發明提供的銅鋅錫硫薄膜的制備方法的工藝流程圖。

圖2為本發明實施例制備的銅鋅錫硫薄膜的掃描電鏡(SEM)照片。

圖3為本發明實施例制備的銅鋅錫硫薄膜的EDS能譜分析結果。

圖4為本發明實施例制備的銅鋅錫硫薄膜的XRD射線衍射結果。

圖5為本發明實施例制備的銅鋅錫硫薄膜的拉曼(Raman)光譜。

主要元件符號說明