一种制备铜铋硫薄膜的方法.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CN106086788A(43)申请公布日2016.11.09(21)申请号201610649224.4(22)申请日2016.08.10(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人韩俊峰刘雨浓姚裕贵(74)专利代理机构北京理工大学专利中心11120代理人杨志兵仇蕾安(51)Int.Cl.C23C14/06(2006.01)C23C14/18(2006.01)C23C14/24(2006.01)C23C14/58(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图5页(54)发明名称一种制备铜铋硫薄膜的方法(57)摘要本发明涉及一种制备铜铋硫薄膜的方法，属于半导体材料领域。先在洁净的基底上真空蒸镀金属铋薄膜，然后再在金属铋薄膜上真空蒸镀CuS薄膜，最后将沉积金属铋薄膜和CuS薄膜的基底放入加热炉中进行热处理，基底上沉积的薄膜即为所述的铜铋硫薄膜。本发明所述方法中的镀膜和硫化均在真空条件下进行，保证了材料的纯净度；制备的薄膜中元素的比例通过镀膜的厚度调控，薄膜结晶的状况通过硫化处理温度和硫的气氛调控，使得控制较为简单；硫化时采用单质硫而不是硫化氢，使得工艺方法更加环保。CN106086788ACN106086788A权利要求书1/1页1.一种制备铜铋硫薄膜的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：步骤1.将洁净的基底放入真空蒸镀装置中，真空蒸镀装置的腔室压强控制在1×10-5Pa～5×10-2Pa，打开铋蒸发源的电源将铋蒸发源加热至200℃～300℃，然后开始金属铋的蒸镀，关闭铋蒸发源的电源停止金属铋的蒸镀；待真空蒸镀装置的腔室内温度降至100℃以下且压强控制在1×10-4Pa～5×10-2Pa时，打开CuS蒸发源的电源将CuS蒸发源加热至800℃～1100℃，然后开始CuS的蒸镀，关闭CuS蒸发源的电源停止CuS的蒸镀；待真空蒸镀装置的腔室内温度降至100℃以下时，停止对真空蒸镀装置抽真空，取出沉积金属铋薄膜和CuS薄膜的基底；步骤2.在加热炉中放置固体硫，并在距离固体硫5cm～20cm处放置沉积金属铋薄膜和CuS薄膜的基底；然后，先对加热炉进行抽真空处理，再通入流量为20sccm～100sccm的氢氩混合气体，并控制加热炉内的压强为20torr～100torr，然后在400℃～600℃下热处理30min～60min，冷却，基底上沉积的薄膜即为所述的铜铋硫薄膜。2.根据权利要求1所述的一种制备铜铋硫薄膜的方法，其特征在于：所述基底是厚度为0.2mm～4mm，在波长为400nm～3000nm电磁波下的透过率≥90％的玻璃。3.根据权利要求1所述的一种制备铜铋硫薄膜的方法，其特征在于：基底上沉积的金属铋薄膜的厚度为4.根据权利要求1所述的一种制备铜铋硫薄膜的方法，其特征在于：沉积的CuS薄膜的厚度为5.根据权利要求1所述的一种制备铜铋硫薄膜的方法，其特征在于：所述氢氩混合气体中，氢气与氩气的体积比为1:4～19。6.根据权利要求2所述的一种制备铜铋硫薄膜的方法，其特征在于：基底的清洗方法如下：将基底放入半导体清洗剂和去离子水按1:50质量比配制的混合溶液中，然后加热到60℃～70℃，保持15min～30min后，继续升温至80℃～90℃，超声清洗15min～30min后，取出基底并用去离子水反复冲洗3～5次，再用纯度≥99.999％的N2吹干。2CN106086788A说明书1/5页一种制备铜铋硫薄膜的方法技术领域[0001]本发明涉及一种制备铜铋硫薄膜的方法，属于半导体材料领域。背景技术[0002]太阳能是一种清洁、无污染、取之不尽用之不竭的可再生能源，而且不产生任何的环境污染，因此备受人们的青睐。在太阳能的有效利用当中，大阳能光电利用是近些年来发展最快、最具活力的研究领域，为此人们研制和开发了太阳能电池。太阳能电池主要是以半导体材料为基础，利用其吸收光后发生光电转换效应，从而将太阳能转化为电能，其工作原理如下：太阳光照在半导体p-n结上，形成激发的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，光生空穴由n区流向p区，光生电子由p区流向n区，形成光电流。[0003]薄膜化合物太阳能电池由于制备过程中能耗较低、产业链较短以及在柔性器件方面具有巨大的应用潜力，发展非常迅速。考虑到原料储量、制作工艺以及环境保护等方面，铜铋硫材料(CuBiS2)可以说是一个非常有前景的选择。铜铋硫材料的能带宽度在1.4～1.6eV左右，吸收系数大于1×104cm-1，具有P型的本征掺杂，载流子浓度可以达到1×1017cm-3，能与N型窗口层材料构成异质结，铜铋硫材料的理论转换效率可以超过28％，是潜在的高效光伏电池的材料。[0004]目前，制备铜铋硫薄膜的方