铜锌锡硫硒薄膜制备中的掺杂工艺.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103094422A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103094422103094422A(43)申请公布日2013.05.08(21)申请号201310033586.7(22)申请日2013.01.29(71)申请人电子科技大学地址610017四川省成都市高新区西区（西源大道）2006号(72)发明人向勇张晓琨张庶(51)Int.Cl.H01L31/18(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书3页说明书3页附图2页附图2页(54)发明名称铜锌锡硫硒薄膜制备中的掺杂工艺(57)摘要本发明提供了一种铜锌锡硫硒薄膜制备中的掺杂工艺，属于太阳能电池技术领域，该工艺可有效地掺杂第五主族元素，且掺杂梯度可控、掺杂比例可调、掺杂效应显著。其步骤包括：步骤一：通过应用薄膜沉积工艺，制备铜锌锡硫硒薄膜；步骤二：根据制备铜锌锡硫硒薄膜时选择的工艺和需掺杂元素的特点，通过掺杂工艺实现这一元素在铜锌锡硫硒薄膜中的掺杂；步骤三：对所得薄膜施以热处理工艺,最终完成第五主族元素在铜锌锡硫硒薄膜中掺杂效应的激活。本发明实现了对铜锌锡硫硒薄膜结晶性能、光电特性、电学特性的改进优化，在低成本高效薄膜太阳能电池的制备中具有广泛的运用前景。CN103094422ACN103942ACN103094422A权利要求书1/1页1.一种铜锌锡硫硒薄膜制备中的掺杂工艺，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：通过应用薄膜沉积工艺，制备铜锌锡硫硒薄膜；所述铜锌锡硫硒薄膜制备工艺包括元素蒸镀工艺、化合物蒸镀工艺、元素反应溅射硫化工艺、化合物溅射硫化工艺、纳米颗粒工艺、电镀工艺；步骤二：根据制备铜锌锡硫硒薄膜时选择的工艺和需掺杂元素的特点，通过掺杂工艺实现这一元素在铜锌锡硫硒薄膜中的掺杂；所述的掺杂工艺包括化学水浴沉积工艺、电镀沉积薄膜工艺、离子注入工艺、反应物及原料掺杂工艺；步骤三：对所得薄膜施以热处理工艺,最终完成第五主族元素在铜锌锡硫硒薄膜中掺杂效应的激活。2.根据权利要求1所述的一种铜锌锡硫硒薄膜制备中的掺杂工艺，其特征在于：所述元素蒸镀工艺、化合物蒸镀工艺、元素反应溅射工艺和化合物反应溅射工艺，应用真空蒸镀设备，以铜、锌、锡、硫、硒元素单质的固体材料或其化合物的固体材料为原料，通过真空蒸镀、溅射镀膜等物理气象沉积工艺制备铜锌锡硫硒薄膜的工艺。3.根据权利要求1所述的一种铜锌锡硫硒薄膜制备中的掺杂工艺，其特征在于：所述纳米颗粒工艺包含铜锌锡硫硒的纳米颗粒制备、铜锌锡硫硒纳米墨水的配制、基于纳米油墨的薄膜沉积工艺成膜、退火热处理等工艺过程；所述的电镀工艺包括铜、锌、锡的叠层金属预制层电镀沉积、叠层金属预制层的硫化或硒化热处理工艺过程。4.根据权利要求1所述的一种铜锌锡硫硒薄膜制备中的掺杂工艺，其特征在于：所述的化学水浴沉积掺杂工艺和电镀沉积薄膜工艺，在铜锌锡硫硒薄膜上表面或下表面，通过化学水浴沉积工艺或电镀沉积薄膜工艺，沉积包含第五主族元素的薄膜，并通过热处理实现第五主族元素在铜锌锡硫硒薄膜中的掺杂。5.根据权利要求1所述的一种铜锌锡硫硒薄膜制备中的掺杂工艺，其特征在于：所述的反应物及原料掺杂工艺，意指在通过元素蒸镀工艺、化合物蒸镀工艺、元素反应溅射硫化硒化工艺、化合物溅射硫化硒化工艺、纳米颗粒工艺制备铜锌锡硫硒薄膜的过程中，通过在反应物或原料中掺杂第五主族元素，实现在沉积薄膜中掺杂目标第五主族元素的目的。6.根据权利要求1所述的一种铜锌锡硫硒薄膜制备中的掺杂工艺，其特征在于：所述的第五主族元素离子注入掺杂工艺，选择适当的离子源，通过离子注入机将杂质离子注入铜锌锡硫硒薄膜内，再通过热处理工艺激活掺杂离子，完成掺杂。7.根据权利要求1至6所述的一种铜锌锡硫硒薄膜制备中的掺杂工艺，其特征在于：所述铜锌锡硫硒材料的化学组成为CuaZnbSnc(SxSe1-x)d，其中0≤x≤1，化学计量数a、b、c、d满足如下关系：0.5≤a/(b+c)≤1.5，0.8≤b/c≤1.8，1≤d/a≤2.8。8.根据权利要求7所述的一种铜锌锡硫硒薄膜制备中的掺杂工艺，其特征在于：铜锌锡硫硒材料具有纤锌矿结构或锌黄锡矿结构或黄锡矿结构的的晶体结构，薄膜厚度小于2纳米且大于500微米。9.根据权利要求1所述的一种铜锌锡硫硒薄膜制备中的掺杂工艺，其特征在于：所述的第五主族元素包括磷、砷、锑、铋四种元素，掺杂来源包括其单质和化合物，掺杂元素在薄膜中的组分比例大于0.01%且小于15%。2CN103094422A说明书1/3页铜锌锡硫硒薄膜制备中的掺杂工艺技术领域[0001]本发明涉及太阳能电池技术领域，具体是指一种铜锌锡硫硒薄膜制备中的掺杂工艺。背景技术[0002]锌黄锡矿结构的四元化合物铜锌锡硫硒，是直接带隙半导体，其禁