一种铜锌锡硫薄膜的制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114988715A(43)申请公布日2022.09.02(21)申请号202210574612.6(22)申请日2022.05.25(71)申请人中南大学地址410083湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号(72)发明人刘芳洋杨文通郑博琳潘逸宁蒋良兴张宗良贾明(74)专利代理机构长沙智勤知识产权代理事务所(普通合伙)43254专利代理师曾芳琴(51)Int.Cl.C03C17/22(2006.01)C01G19/00(2006.01)H01L31/032(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种铜锌锡硫薄膜的制备方法(57)摘要本发明提供了一种通过倒置退火的方式制备铜锌锡硫薄膜的方法。该方法是将含有铜盐、锌盐和锡盐的前驱体溶液旋涂于清洗干净的钼玻璃上；随后将湿膜膜面朝下放置于热台上进行倒置退火，重复数次得到铜锌锡硫预置层薄膜；最后将预置层薄膜放入快速热退火炉内进行硫化退火处理，得到所述的铜锌锡硫薄膜。本发明利用衬底和热板的覆盖效应以及重力的双重作用，对CZTS预置层薄膜进行调控和优化，使元素在预置层中均匀分散，并在经过硫化退火后可得到具有高结晶度、大晶粒尺寸、低表面缺陷态密度的高质量铜锌锡硫吸收层薄膜。CN114988715ACN114988715A权利要求书1/1页1.一种铜锌锡硫薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1)，将含有铜盐、锌盐和锡盐的前驱体溶液旋涂于清洗干净的钼玻璃上；步骤2)，将步骤1)获得的湿膜膜面朝下放置在热台上进行倒置退火；步骤3)，重复步骤1)和步骤2)数次得到预置层薄膜；步骤4)，将预置层薄膜进行硫化退火，制备得到铜锌锡硫吸收层薄膜。2.根据权利要求1所述的一种铜锌锡硫薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中前驱体溶液中元素的摩尔比为：n(Cu)：n(Sn)＝(1.0～2.0)：1，n(Zn)：n(Sn)＝(0.8～1.3)：1，n(Cu)：n(Zn+Sn)＝(0.5～1.0)：1。3.根据权利要求1所述的一种铜锌锡硫薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中钼玻璃依次经过如下处理：将钼玻璃依次浸入普通洗涤剂、去离子水、乙醇溶液中，然后用氮气枪吹干备用。4.根据权利要求1所述的一种铜锌锡硫薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，旋涂转速为600～5000rpm，时间为10～360s。5.根据权利要求1所述的一种铜锌锡硫薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中倒置退火过程的退火温度为200～300℃，退火时间为2～6min。6.根据权利要求1所述的一种铜锌锡硫薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中倒置退火过程中，提前在热台上放置一张称量纸，其上放置薄膜以避免被热台污染。7.根据权利要求1所述的一种铜锌锡硫薄膜的制备方法，其特征在于：步骤3)中重复次数为6～15次。8.根据权利要求1所述的一种铜锌锡硫薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中硫化退火目标温度为500～600℃，升温速度为0.1℃/s～15℃/s，在目标温度下退火1～20min。9.根据权利要求1所述的一种铜锌锡硫薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中退火程序结束后，采用控温冷却方式至室温。10.根据权利要求8或9所述的一种铜锌锡硫薄膜的制备方法，其特征在于：步骤4)中硫化退火的具体步骤如下：将预置层薄膜置于石英盘中，同时放入0.1～0.5g的硫和0.1～0.3g的硫化亚锡；将石英盘中的气体抽至30mBar以下，然后充入氮气至腔内气压为600mBar；开始加热，在目标温度下退火；退火程序结束后，冷却方式至室温。2CN114988715A说明书1/4页一种铜锌锡硫薄膜的制备方法技术领域[0001]本发明属于新能源光伏发电技术领域，具体涉及一种铜锌锡硫薄膜的制备方法，具体是用于光伏器件的制备。背景技术[0002]能源是人类享受现代化舒适生活的基石。随着人们生活品质的不断进步和工业的高速发展，能源消费加速增长。而传统化石能源在开采、加工、使用过程中带来的环境问题日益严重，对生态造成的不可逆损害越来越引起人们的重视，发展各种可再生绿色能源已成为当今社会最重要的共同问题和研究热点。由于太阳能清洁无污染，被认为是最理想的可再生绿色能源。太阳电池光伏发电技术又被认为是最具吸引力的利用太阳能的方案。[0003]铜锌锡硫薄膜太阳电池作为薄膜太阳电池家族的一员，与晶体硅电池相比有以下特点：(1)光吸收系数大，铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4，CZTS)及铜锌锡硫硒(Cu2ZnSn(S,Se)4，CZTSSe)和铜铟镓硒(Cu(In,Ga)Se2，CIGS)一样，属于直接带隙半导体材料，光学吸收系数达104cm‑1；(2)光学带隙在1.0～1.5eV