[發(fā)明專利]一種錫銻硫薄膜的化學(xué)浴制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811286163.5
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109545659B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王威;張桂湘;丁玲;王江圖;咸貴陽;王夢琴
• 申請（專利權(quán)）人: 金陵科技學(xué)院
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L31/18
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 王小君;陳旭

本發(fā)明涉及一種錫銻硫薄膜的化學(xué)浴制備方法，其包括如下步驟：(a)襯底清洗與預(yù)處理；(b)化學(xué)浴溶液(含有Sn²⁺、S^2?、Sb³⁺的混合溶液)配制；(c)采用化學(xué)浴法在水浴鍋中沉積錫銻硫薄膜；(d)在氮氣氣氛或硫氣氛下退火制備高質(zhì)量錫銻硫薄膜。本發(fā)明所提供的低成本的化學(xué)浴法制備錫銻硫薄膜不需要昂貴的設(shè)備且原材料易得，操作簡單，能夠適合于任何形狀和性質(zhì)的襯底，控制好各工藝可以制備出具有優(yōu)異光電性能的錫銻硫薄膜，為制備低成本且高效的太陽電池吸收層薄膜材料奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電功能材料領(lǐng)域，具體地說，涉及一種錫銻硫薄膜的化學(xué)浴制備方法。

背景技術(shù)

可再生能源(太陽能，風(fēng)能，生物燃料的水力發(fā)電，地?zé)崮茉春秃Ｑ竽茉?的供應(yīng)占世界總能源需求的14％。可再生能源清潔且用之不竭。可再生能源的概念中最重要的兩點是：第一：要求提供可再生能源的源頭應(yīng)該是巨大的、無限制的；第二：從整體技術(shù)效率而言，要有明顯的安全保障性。以這兩點作為判據(jù)，太陽能來源無窮無盡，并具有穩(wěn)定性，其技術(shù)與現(xiàn)有電力的技術(shù)完全兼容，同時呈現(xiàn)出很高的安全保障性。這表明它比其他可再生能源在技術(shù)應(yīng)用方面有更大的潛力，充分說明太陽能的利用在可再生能源領(lǐng)域中的重要地位。正因如此，光伏發(fā)電成為可靠且長壽的發(fā)電技術(shù)。光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，太陽電池的種類不斷增多，應(yīng)用范圍的日益廣闊等，都是光伏發(fā)電市場規(guī)模逐步擴大的重要成因。

硅材料是現(xiàn)今太陽電池的主導(dǎo)材料，但其生產(chǎn)成本過高，隨著光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，薄膜太陽能電池表現(xiàn)出了極大的潛力。因此，科研人員一直在試圖尋找一種低成本且環(huán)保的太陽電池材料和制備方法。碲化鎘多晶薄膜電池的轉(zhuǎn)換效率高、成本低，并且也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但由于鎘有劇毒，會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。砷化鎵化合物電池轉(zhuǎn)換效率可達(dá)28％，并且砷化鎵化合物材料具有十分理想的光學(xué)帶隙以及高的吸收率，但是砷化鎵材料的價格不菲，因為在很大程度上限制了砷化鎵電池的普及。錫銻硫薄膜作為同類材料，錫銻硫是一種Ⅳ-Ⅴ-Ⅵ族硫化物半導(dǎo)體材料，毒性較低且價格便宜。錫銻硫薄膜的直接禁帶寬度為1.2eV，接近于半導(dǎo)體太陽能電池最適宜的禁帶寬度(1.5eV)且?guī)段障禂?shù)在10⁵cm^-1以上，具有較好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。錫、銻、硫這三種元素原料豐富，且不會對環(huán)境造成有害影響，因此是一種很有前景的太陽電池吸收層材料。

當(dāng)前，錫銻硫薄膜的制備方法主要是熱蒸發(fā)法，制作方法簡單，但是需要大型真空設(shè)備，設(shè)備成本較高，從而增加了材料制備成本。采用化學(xué)浴法制備錫銻硫薄膜較之熱蒸發(fā)法有以下優(yōu)點：

(1)化學(xué)浴裝置較為簡單，設(shè)備成本較低；

(2)制備同一種薄膜可以采用不同的化學(xué)反應(yīng)，有意識的改變和調(diào)節(jié)反應(yīng)物的成分，又能方便控制成分和特性，靈活性較大；

(3)成膜所需的反應(yīng)原材料一般較易獲得，而且適合于多種形狀和性質(zhì)的襯底。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種錫銻硫薄膜制備的新方法——化學(xué)浴法，該方法無需熱蒸發(fā)設(shè)備，大大降低了生產(chǎn)成本，而且簡單易操作，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。制備錫銻硫薄膜所用的材料都是低毒、無污染的，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，具有良好的應(yīng)用前景。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種錫銻硫薄膜的化學(xué)浴制備方法，包括如下步驟：

(1)襯底的清洗：依次采用肥皂水、丙酮、無水乙醇以及去離子水超聲清洗襯底；

(2)襯底的預(yù)處理：利用連續(xù)離子吸附工藝，在襯底上預(yù)先沉積一層厚度為5-20nm的SnS薄膜，以提高后續(xù)薄膜的黏附性。