[發明專利]一種熱壓后退火改善硒化鎘薄膜質量的方法

在審

• 申請號: 202210842993.1
• 申請日: 2022-07-18
• 公開（公告）號: CN115295667A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 唐江;楊許可;陳超;李康華;薛家有;盧岳;包曉慶
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒

本發明屬于半導體薄膜退火處理技術領域，公開了一種熱壓后退火改善硒化鎘薄膜質量的方法，該方法是以硒化鎘薄膜為處理對象，在保護性氣體的氣氛環境下，將硒化鎘薄膜直接與導熱基底貼合，同時對所述硒化鎘薄膜施加壓力，在保持壓力條件下進行加熱退火；由此得到的退火后的硒化鎘薄膜相較于處理前的硒化鎘薄膜，晶粒尺寸更大、且薄膜孔隙率更小。本發明通過在退火過程中對薄膜進行額外加壓，配合加熱熱火對硒化鎘薄膜進行后處理，能夠改善當前硒化鎘薄膜多孔與高粗糙度問題。

技術領域

本發明屬于半導體薄膜退火處理技術領域，更具體地，涉及一種熱壓后退火改善硒化鎘薄膜質量的方法，利用該后退火工藝，能夠有效提升硒化鎘薄膜的質量，使薄膜內的晶粒尺寸增大、薄膜孔隙率減小。

背景技術

硒化鎘(CdSe)是Ⅱ-Ⅵ族直接躍遷半導體材料，在短波和可見光波段具有可觀的吸收系數(10⁵cm^-1)，并且具有優異的光電特性和極其穩定的物理化學性質。且通過理論計算表明，硒化鎘在硅基疊層太陽能電池應用方面極富競爭力。

當前硒化鎘薄膜多使用真空法或溶液法制備，其中真空法具體主要有近空間升華(CSS)和快速熱蒸發(RTE)等方法，通過此類高速氣相沉積技術可以制備大面積均勻的硒化鎘多晶薄膜，但是由于溫度串擾和沉積速率過快等問題，得到的多晶薄膜往往出現多孔以及粗糙度大等問題。這些問題會嚴重影響后續高性能太陽能電池器件的制備。例如薄膜的孔洞會直接導致太陽能電池器件出現短路現象而無法正常工作；薄膜粗糙度大也會導致與其接觸的功能層難以完全覆蓋薄膜表面從而導致器件無法正常工作。

因此，如何找到一種合適的后處理方法，解決現有硒化鎘薄膜多孔以及高粗糙度問題，已成為制備高效率硒化鎘薄膜太陽能電池的主要問題。

加壓退火，雖然已經是現有薄膜制備技術中已知的一種退火手段(如中文專利文獻CN102969241)，但相關研究大多針對于陶瓷材料、III-V族半導體、鈣鈦礦、銅銦鎵硒等；對于二元硒化物而言，由于硒(Se)高飽和蒸氣壓的特性，硒化物薄膜在退火過程中會很容易出現硒的反蒸，從而引入硒空位導致薄膜質量變差，這使得常規的加壓退火方式不能直接適用于硒化物薄膜的后處理。其次對于快速熱蒸發制備的硒化鎘薄膜存在粗糙度大以及多孔問題，往往需要進一步改善結晶形貌。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提供一種熱壓后退火改善硒化鎘薄膜質量的方法，其中通過在退火過程中對薄膜進行額外加壓，配合加熱熱火對硒化鎘薄膜進行后處理，能夠改善當前硒化鎘薄膜多孔與高粗糙度問題。本發明方法退火后的硒化鎘薄膜具有大晶粒尺寸、低晶界密度的微觀形貌，得到的硒化鎘薄膜尤其可具有致密無孔，表面平整，結晶度高，單一取向等特點，并且本方法改善薄膜質量可靠性好，重復性高。

為實現上述目的，按照本發明提供了一種熱壓后退火改善硒化鎘薄膜質量的方法，其特征在于，該方法是以硒化鎘薄膜為處理對象，在保護性氣體的氣氛環境下，將硒化鎘薄膜直接與導熱基底貼合，同時對所述硒化鎘薄膜施加壓力，在保持壓力條件下進行加熱退火；由此得到的退火后的硒化鎘薄膜相較于處理前的硒化鎘薄膜，晶粒尺寸更大、且薄膜孔隙率更小；

其中，所述導熱基底與所述硒化鎘薄膜之間不發生化學反應。

作為本發明的進一步優選，所述施加壓力具體是通過在所述硒化鎘薄膜上方放置物品實現的，通過該物品的重力作用，實現對所述硒化鎘薄膜的加壓。

作為本發明的進一步優選，所述物品能夠為硒化鎘薄膜整體提供(1.6～6.4)×10⁵Pa的壓力。

作為本發明的進一步優選，所述保護性氣體為氮氣或惰性氣體；優選的，所述惰性氣體為氬氣。

作為本發明的進一步優選，所述加熱退火是在480℃～540℃的溫度下進行的。

作為本發明的進一步優選，所述加熱退火的退火時間為0.5h～2h。