[發明專利]In2(SxSe1-x)3薄膜材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810062500.6
• 申請日: 2018-01-23
• 公開（公告）號: CN108251811A
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 劉芳洋;康亮亮;翁娜娜;蔣良興;李靖;張陽
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06;C23C14/58
• 代理公司: 長沙智德知識產權代理事務所(普通合伙) 43207
• 代理人: 陳銘浩

本發明公開了一種In₂(S_xSe_1?x)₃薄膜材料的制備方法，該In₂(S_xSe_1?x)₃薄膜材料的制備方法包括：第一步，對基材表面進行清潔處理；第二步，在清潔處理后的基材表面通過磁控反應濺射法一步沉積In₂(S_xSe_1?x)₃薄膜，其中，0≤x≤1；第三步，對In₂(S_xSe_1?x)₃薄膜表面進行刻蝕處理。本發明提出的In₂(S_xSe_1?x)₃薄膜材料的制備方法具有成本低、薄膜成分易控可調、重現性好和適合薄膜大面積生長等優點，所制備的薄膜具有良好的成分可控性和均勻性，優越的結晶質量及透光性。

技術領域

本發明涉及光電材料技術領域，尤其涉及一種In₂(S_xSe_1-x)₃薄膜材料的制備方法。

背景技術

當前全球能源危機和大氣污染問題日益突出，全世界都把目光投向可再生能源，其中太陽能以其獨有的優勢而成為人們關注的焦點。豐富的太陽輻射能是重要的能源，取之不盡、用之不竭，是人類能夠自由利用的能源。太陽能的直接利用方式主要有三種：光熱轉化、光化學轉化和光電轉換。太陽能熱水系統是光熱轉化的典型應用，目前已被廣泛應用。光化學轉換基本處于實驗室階段，比較典型的就是光化學制氫。光電轉化則是太陽能利用最重要的方向之一，其主要表現形式為光伏發電。

在當前我國經濟調整的拐點下，光伏發電將迎來新的技術進步和產業增長，其作為一種利用太陽能的新能源，并不需要像傳統能源那樣競爭石油、煤炭等資源，而是體現在對核心技術的需求上。就在2016年4月19日，國家發改委和能源局共同發布了新能源技術革命創新行動計劃(2016–2030年)和能源技術革命重點創新行動路線圖，表明對能源改革的決心和技術創新的重視。太陽電池作為光伏發電的主體，其生產成本和轉換效率決定了應用價值。目前來看，作為市場主流的晶硅太陽電池，其技術發展空間在逐漸縮小，且依然沒有達到與化石燃料發電成本持平的地步，因此發展新型的低成本電池材料以及合適的制備技術是很有必要的。

在太陽電池當中，很多情況下窗口層與吸收層之間的帶隙寬度較大。因此，在吸收層與窗口層中間需要添加一個緩沖層來完成吸收層和窗口層中間的能量過渡，減小兩者之間的帶隙臺階和晶格失配，調整導帶邊失調值。這能對改善pn結質量和電池性能起到重要作用。因此選取適當的緩沖層材料、制備理想形貌的緩沖層對于制備高效的太陽電池尤為重要。

在過去的研究當中，CdS是具有符合器件要求性能的緩沖層材料，然而Cd作為一種有毒元素，并不符合可持續發展理念，因此應當選擇合適的替代材料In₂(S_xSe_1-x)₃便是比較理想的替代材料之一。

In₂(S_xSe_1-x)₃薄膜材料的制備方法一般采用化學水浴法、共蒸發沉積法、化學噴涂熱解法，然后在含硫或硒的氣氛下進行高溫退火處理。化學水浴法反應較為復雜，難以精確控制薄膜組成，沉積速率也較慢，并且難以大面積生產和推廣。化學噴涂熱解法存在以下問題：有機物揮發帶來的雜質殘留、細孔的產生、有毒及高成本有機物的使用、厚度、附著力和成分不易控制。共蒸發沉積法由于不同材料飽和蒸汽壓的區別，不同蒸發源的蒸發速率及蒸發量難以精確控制，因而在制備多元薄膜時難以保證大面積成膜均勻性。

發明內容