[發明專利]一種制備大面積硒化銻薄膜的設備及其方法和應用

有效

• 申請號: 201910657354.6
• 申請日: 2019-07-19
• 公開（公告）號: CN110444619B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 李志強;郭春升;梁曉楊;劉濤
• 申請（專利權）人: 河北大學
• 主分類號: H01L31/0328
• 分類號: H01L31/0328;H01L31/0392;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: 蘇艷肅

本發明提供了一種制備大面積硒化銻薄膜的設備及其方法和應用，所述設備是在沉積設備的沉積室內水平固定有圓筒，所述圓筒的一側與氬氣供氣管相連通，圓筒的另一側開有水平方向延伸的長條孔，在圓筒內同軸設有用于盛裝硒化銻顆粒的圓筒形的網漏，所述網漏的一端連有轉軸并可在圓筒內旋轉；在與所述長條孔相對的位置設有樣品臺，所述樣品臺與升降桿相連并可隨升降桿勻速上下移動，在樣品臺與長條孔相對的臺面上設有襯底，在樣品臺與圓筒之間設有擋板。本發明通過調控襯底上下運動次數、襯底與源的溫度以及通入高純氬氣的氣體流量，制備得到了結晶狀態和成膜均勻性好，缺陷密度較小的大面積硒化銻薄膜，其設備及工藝簡單，有利于推廣與應用。

技術領域

本發明涉及半導體薄膜制備技術領域，具體地說涉及一種制備大面積硒化銻薄膜的設備及其方法和應用。

背景技術

硒化銻（Sb₂Se₃)作為一種受水和溫度影響較小的穩定型無機半導體材料，在自然界儲量豐富。Sb₂Se₃材料為準直接帶隙材料，禁帶寬度約為1.2eV，吸收系數大于105cm^-1，是一種非常理想的光伏材料。根據Shockley-Queisser極限理論，單結Sb₂Se₃太陽電池光電轉換效率在30%以上。

目前，高效率硒化銻太陽電池的制備方法一般為近空間升華及溶液旋涂法。載氣輸運沉積法(VTD)作為商業CdTe太陽電池一種低成本的制造方法，在制備硒化銻薄膜時應用較少。常見的VTD設備（單溫區管式爐）沉積硒化銻薄膜工藝主要實現兩個作用：1) 通過優化沉積襯底溫度改善薄膜的結晶性；2) 減少薄膜的缺陷。目前技術方案及存在的問題為：一是沉積過程中硒化銻源為粉末，沉積效果較差，工藝復雜，浪費原料；二是沉積過程中襯底溫度通過改變襯底和加熱器中心之間的距離來實現，襯底溫度不能夠精確控制，會對成膜質量有一定的影響；三是通過改變機械泵的通風功率來控制穩定的腔室壓力，氣體不純可能會對沉積效果及所制備的薄膜的結晶狀況有影響。因此，現有的VTD設備不僅無法滿足硒化銻薄膜的制備需求，更難以制備出結晶狀況好且厚度均勻的大面積硒化銻薄膜。

發明內容

本發明的目的就是提供一種制備大面積硒化銻薄膜的設備及其方法和應用，以解決現有載氣輸運沉積法制備的硒化銻薄膜質量不理想及無法制備大面積硒化銻薄膜的問題。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種制備大面積硒化銻薄膜的設備，其是在沉積設備的沉積室內水平固定有圓筒，所述圓筒的一側與氬氣供氣管相連通，圓筒的另一側開有水平方向延伸的長條孔，在圓筒內同軸設有用于盛裝硒化銻顆粒的圓筒形的網漏，所述網漏的一端連有轉軸并可在圓筒內旋轉；

在與所述長條孔相對的位置設有樣品臺，所述樣品臺與升降桿相連并可隨升降桿勻速上下移動，在樣品臺與長條孔相對的臺面上設有襯底，在樣品臺與圓筒之間設有擋板，所述擋板的頂端與沉積室頂面相連，所述擋板的底端沿與長條孔的上沿處于同一高度。

所述樣品臺連接有熱電偶和用于監測襯底溫度的第一溫度計，所述襯底的面積≥5×5cm²。

所述沉積室配置有冷卻水循環套、用于抽真空的機械泵、放氣閥和壓力表，所述圓筒設有用于監測硒化銻源溫度的第二溫度計。

所述長條孔的長度大于襯底的寬度，所述網漏的長度大于長條孔的長度。

一種制備大面積硒化銻薄膜的方法，包括以下步驟：

a、設置上述設備；

b、將襯底固定在樣品臺上，在網漏中裝入硒化銻顆粒，然后將網漏裝入圓筒內；

c、抽真空，然后對襯底和硒化銻源進行升溫操作并通入高純氬氣；

d、沉積硒化銻薄膜，在沉積過程中，使網漏勻速旋轉，同時通過控制升降桿使樣品臺勻速上下移動；