一种具有硫组分梯度的铜锌锡硫硒薄膜的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112563117A(43)申请公布日2021.03.26(21)申请号202011448304.6(22)申请日2020.12.09(71)申请人云南师范大学地址650500云南省昆明市呈贡区雨花片区1号(72)发明人王书荣杨帅徐信李新毓李祥王亭保(74)专利代理机构北京慕达星云知识产权代理事务所(特殊普通合伙)11465代理人王攀(51)Int.Cl.H01L21/02(2006.01)H01L31/0216(2014.01)H01L31/18(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种具有硫组分梯度的铜锌锡硫硒薄膜的制备方法(57)摘要本发明公开了一种具有硫组分梯度的铜锌锡硫硒薄膜的制备方法，包括以下步骤：将钠钙玻璃放入磁控溅射腔室，沉积双层钼背电极；利用磁控溅射系统，按ZnS/CuS/Sn/CuS的顺序进行多周期分步溅射，沉积铜锌锡硫预制层薄膜；将预制层在氩气条件下低温合金、后高温硒化制备出铜锌锡硒薄膜；将制备的铜锌锡硒薄膜放置于硫化炉进行硫的等离子体硫化，待S等离子体硫化结束后取出样品，冷却，得到具有硫组分梯度的铜锌锡硫硒薄膜，本发明的方法能够制备出高质量的具有带隙梯度的铜锌锡硫硒吸收层薄膜。CN112563117ACN112563117A权利要求书1/1页1.一种具有硫组分梯度的铜锌锡硫硒薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将钠钙玻璃放入磁控溅射腔室，沉积双层钼背电极；(2)铜锌锡硫预制层薄膜的制备：利用磁控溅射系统，采用CuS、Sn和ZnS靶，按ZnS/CuS/Sn/CuS的顺序进行多周期分步溅射，沉积铜锌锡硫预制层薄膜；(3)铜锌锡硒薄膜的制备：将所述铜锌锡硫预制层薄膜进行热处理，然后将热处理过的合金层与硒粉一起放入石墨舟，并推入硒化炉中硒化，自然冷却至室温后得到铜锌锡硒薄膜；(4)具有硫组分梯度的铜锌锡硫硒薄膜的制备：将所述铜锌锡硒薄膜和硫粉放入等离子体退火炉中，打开机械泵抽至低真空，同时对薄膜进行加热，然后充入氩气作为启辉气体，当真空抽至20Pa以下，打开等离子体设备进行启辉，待硫粉完全升华后，停止加热、关闭等离子体设备，冷却，得到具有硫组分梯度的铜锌锡硫硒薄膜。2.根据权利要求1所述的一种具有硫组分梯度的铜锌锡硫硒薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述钠钙玻璃放入磁控溅射腔室之前经过清洗、吹干，具体步骤如下：将钠钙玻璃分别用去污粉、丙酮和酒精依次超声清洗，然后用重镉酸钾溶液浸泡8‑10h，再用去离子水超声清洗，并用氮气吹干，备用。3.根据权利要求1所述的一种具有硫组分梯度的铜锌锡硫硒薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述双层钼背电极的沉积厚度为1μm。4.根据权利要求1所述的一种具有硫组分梯度的铜锌锡硫硒薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述铜锌锡硫预制层薄膜的沉积厚度为1.2μm。5.根据权利要求1所述的一种具有硫组分梯度的铜锌锡硫硒薄膜的制备方法，其特征在于，Cu、Zn和Sn的摩尔原子比符合以下条件：Cu/Zn+Sn＝0.7，Zn/Sn＝1。6.根据权利要求1所述的一种具有硫组分梯度的铜锌锡硫硒薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述热处理在氩气保护下进行，并且所述热处理温度为200℃，时间为30min。7.根据权利要求1所述的一种具有硫组分梯度的铜锌锡硫硒薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述硒化炉以20℃/min的升温速率从室温升至540℃，并在540℃下硒化15min。8.根据权利要求1所述的一种具有硫组分梯度的铜锌锡硫硒薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述启辉功率为100W，退火温度200℃。9.一种权利要求1‑8任一项所述的方法制备得到的具有硫组分梯度的铜锌锡硫硒薄膜。2CN112563117A说明书1/5页一种具有硫组分梯度的铜锌锡硫硒薄膜的制备方法技术领域[0001]本发明涉及光电材料新能源技术领域，更具体的说是涉及一种等离子体法制备具有硫组分梯度的铜锌锡硫硒薄膜的方法。背景技术[0002]自工业革命以来，煤、石油等燃料成为人们生活水平提高过程中的必要消耗品，在人们为追求更高生活水平的条件下，能源(煤、石油等)的消耗和需求量日益增加，而有限的不可再生能源的储存量不断下降，不可再生能源已经无法满足人类发展的需求。而太阳能属于可再生资源、无污染、“取之不尽，用之不竭”、可再生且不受地域限制，太阳能被广泛关注，被认为是一种理想的能源替代物。[0003]经过几十年的发展，硅太阳电池的研究得到长足的发展，在太阳能利用方面做出很大的贡献，其发展进入饱和期，随之，第二代太阳电池(薄膜太阳电池)进入研究人员的视野，铜铟镓硒(Cu(In,Ga)Se2，CI