[發明專利]一種刻蝕銅鋅錫硫薄膜表面二次相的方法

有效

• 申請號: 201710256059.0
• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN107086251B
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 范建東;麥耀華;陳榮榮;劉沖
• 申請（專利權）人: 河北大學
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/18
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 胡素梅;胡澎

本發明提供了一種刻蝕銅鋅錫硫薄膜表面二次相的方法。該方法使濃鹽酸（質量分數為37.5%）與去離子水按預定體積比進行混合以對濃鹽酸進行稀釋，稀釋后的鹽酸溶液置于恒溫的水浴鍋中，將待刻蝕的薄膜樣品置于稀釋后的鹽酸溶液中，使薄膜樣品與鹽酸反應一段時間后，再將樣品取出，最后用去離子水將薄膜表面沖洗干凈，再用氮氣槍吹干，則可得到比較單一的純相CZTS薄膜。本發明采用鹽酸溶液浸泡銅鋅錫硫薄膜，可有效去除銅鋅錫硫薄膜表面的ZnS二次雜相，后續可制得光電性能較好的CZTS太陽電池。本發明相比傳統的KCN刻蝕方法簡單易操作，成本低且對人的危害性較小。

技術領域

本發明涉及薄膜刻蝕技術領域，具體地說是一種刻蝕銅鋅錫硫薄膜表面二次相的方法。

背景技術

目前，銅鋅錫硫（Cu₂ZnSnS，簡寫：CZTS）材料用比較廉價且儲量豐富的鋅與錫元素替代銅銦鎵硒（CIGS）中的銦與鎵，從而大大降低成本，更適用于大規模應用。CZTS具有與太陽光譜相匹配的禁帶寬度（1.5 eV）和在可見光范圍內超過10⁴ cm^-1的吸收系數，理論的光電轉換效率超過30%，是一種良好的吸收層材料。但由于CZTS是多元化合物，化學計量比較難控制，化學計量比控制不好就易生成二元雜相，例如：Cu₂S、ZnS等，不利于電池的光電性能。

為了去除CZTS表面的雜相，現在一般選用氰化鉀（KCN）溶液進行刻蝕薄膜表面，通過KCN刻蝕后的薄膜能夠得到比較單一的純相CZTS，提高CZTS太陽電池的效率。但是由于KCN是一種劇毒藥品，長期接觸氰化物會出現神經衰弱綜合征、眼及上呼吸道刺激，對人體造成重大傷害，并且它本身易潮解，與水反應生成HCN，也是一種高毒藥品。

發明內容

本發明的目的就是提供一種刻蝕銅鋅錫硫薄膜表面二次相的方法，該方法采用鹽酸溶液刻蝕銅鋅錫硫薄膜，相比傳統的KCN刻蝕簡單易操作，成本低且對人的危害性較小。

本發明的目的是這樣實現的：一種刻蝕銅鋅錫硫薄膜表面二次相的方法，包括如下步驟：

a、將質量分數為37.5%的濃鹽酸和去離子水按體積比為0%~5%的比例混合，制成鹽酸溶液；

b、將待刻蝕的銅鋅錫硫薄膜置于步驟a中制成的鹽酸溶液中；

c、將步驟b中的溶液置于水浴鍋中，水浴鍋內的溫度為70℃~90℃；

d、鹽酸與銅鋅錫硫薄膜表面的ZnS二次相反應，生成ZnCl₂溶于水中；

e、將銅鋅錫硫薄膜從鹽酸溶液中取出，用去離子水沖洗并用氮氣槍吹干。

優選的，步驟a中濃鹽酸和去離子水的體積比為1%~3%。更優選的，步驟a中濃鹽酸和去離子水的體積比為1%。

優選的，步驟c中水浴鍋為恒溫的水浴鍋。更優選的，步驟c中水浴鍋內的溫度為75℃。

步驟e中使鹽酸與銅鋅錫硫薄膜表面的ZnS二次相反應1min~10min后，再將銅鋅錫硫薄膜從鹽酸溶液中取出。

步驟b中，將待刻蝕的銅鋅錫硫薄膜置于步驟a中制成的鹽酸溶液中，且鹽酸溶液過量。

為減少劇毒藥品對人的傷害，本發明使用鹽酸溶液代替劇毒的KCN，使濃鹽酸（質量分數為37.5%）與去離子水按不同體積比進行混合以對濃鹽酸進行稀釋，稀釋后的鹽酸溶液置于恒溫的水浴鍋中，將待刻蝕的薄膜樣品置于稀釋后的鹽酸溶液中，使薄膜樣品與鹽酸反應一段時間后，再將樣品取出，最后用去離子水將薄膜表面沖洗干凈，再用氮氣槍吹干，則可得到比較單一的純相CZTS薄膜。

本發明中的銅鋅錫硫薄膜為硫化退火后的薄膜，采用鹽酸溶液浸泡硫化退火后的銅鋅錫硫薄膜來去除薄膜表面的ZnS二次雜相，后續可制得光電性能較好的CZTS太陽電池。