[發明專利]一種溶膠-凝膠法制備大晶粒CZTS吸收層的方法

在審

• 申請號: 202010101827.7
• 申請日: 2020-02-19
• 公開（公告）號: CN111293182A
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 郝瑞亭;李曉明;郭杰;顧康;王云鵬;方水柳;劉慧敏;劉斌;王璐;孫帥輝
• 申請（專利權）人: 云南師范大學
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/0392;H01L31/0445;H01L31/18
• 代理公司: 南京蘇創專利代理事務所(普通合伙) 32273
• 代理人: 高麗

1.一種溶膠-凝膠法制備大晶粒CZTS吸收層的方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）在潔凈的鈉鈣玻璃襯底上制備雙層結構的Mo背電極；

（2）配制前驅體溶液；

（3）以所述前驅體溶液采用旋涂法在Mo背電極上制備第一前驅體薄膜；

（4）用硫粉作為硫源，將步驟（3）所得樣品在N₂環境下進行硫化處理，得到第一吸收層薄膜；

（5）再次采用旋涂法在步驟（4）所得第一吸收層薄膜制備第二前驅體薄膜；

（6）用硫粉作為硫源，將步驟（5）所得樣品在N₂環境下進行退火處理，得到所述的大晶粒CZTS吸收層。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（1）中，雙層結構的Mo背電極包括高阻層和低阻層Mo薄膜，采用直流濺射法制備，其具體步驟如下：在潔凈的鈉鈣玻璃襯底上濺射高阻層Mo薄膜，濺射功率為200W，工作氣壓為1.2Pa，濺射時間為15min；接著濺射低阻層Mo薄膜，濺射功率為200W，工作氣壓為0.3Pa，濺射時間為100min。

3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2）中，以Cu(CO₂CH₃)₂·H₂O，C₄H₆O₄Zn·2H₂O，SnCl₂·2H₂O，CH₄N₂S作為溶質，以N,N-二甲基甲酰胺作為溶劑，配制所述前驅體溶液，其中，Cu/(Zn+Sn)=0.7，Zn/Sn=1.2，S/金屬元素 =2.0，比值為摩爾比，金屬元素的總濃度為1.2mol/L。

4.如權利要求1或3所述的方法，其特征在于，步驟（2）中，前驅體溶液制備過程如下：先將Cu(CO₂CH₃)₂·H₂O、 C₄H₆O₄Zn·2H₂O和SnCl₂·2H₂O放入容器中，再加入N,N-二甲基甲酰胺作為溶劑，置于50℃水浴鍋中攪拌15min，然后加入CH₄N₂S，在50℃水浴鍋中繼續攪拌50min，制得所述前驅體溶液。

5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2）中，對所述前驅體溶液進行離心，離心機轉速為8000rad/min，離心時間為5min。

6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（3）和步驟（5）中，旋涂次數為5次。

7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（3）和步驟（5）中，旋涂法的過程如下：涂覆前驅體溶液后，置于300℃下預加熱5min，室溫冷卻2min。

8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（3）和步驟（5）中，旋涂法的過程如下：使用一次性針筒吸取前驅體溶液，滴在Mo背電極上，使其完全覆蓋表面，啟動勻膠機，轉速為3000rad/min，時間為20s，涂覆前驅體溶液后，置于300℃下預加熱5min，室溫冷卻2min。

9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（4）和步驟（6）中，退火處理的過程如下：將樣品置于石墨舟中，加入過量的硫粉，然后將石墨舟置于硫化爐中，通入高純N₂，設定硫化爐升溫曲線為45分鐘內從室溫線性變化至650℃，并保溫35~40分鐘，然后自然冷卻至室溫。

10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（4）和步驟（6）中，退火處理的過程如下：將樣品置于石墨舟中，按照每片樣品0.25g的比例加入硫粉，然后將石墨舟置于硫化爐中，通入高純N₂，設定硫化爐升溫曲線為45分鐘內從室溫線性變化至650℃，并保溫35~40分鐘，然后自然冷卻至室溫，在加溫前，保持N₂流量為1250sccm通氣10min，排凈硫化爐管道內的空氣，然后保持N₂流量為30sccm，啟動加溫程序。