一种含有掺杂工艺的铜锌锡硫薄膜制备方法技术

一种含有掺杂工艺的铜锌锡硫薄膜制备方法，涉及光电材料及新能源材料领域，该方法可以有效解决铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层即铜锌锡硫薄膜的结晶性较差的问题，其步骤包括：a、提供一衬底；b、将铜、锌、锡三种金属沉积在衬底上，形成金属前躯体；c、在金属前躯体上沉积含有锑元素的膜层作为掺杂层；d、将金属前躯体及掺杂层在含硫的气氛下热处理，此过程中硫元素与铜锌锡形成铜锌锡硫薄膜。该方法改善了铜锌锡硫的结晶性，降低了结晶温度，提高了薄膜的质量，同时还降低了工艺难度和成本，具有很好的推广利用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电材料及新能源材料领域，具体是指。
技术介绍
面对日益增长的能源需求和日益恶化的环境状况，可再生清洁能源发展迫在眉睫。太阳能电池把取之不尽用之不竭的太阳能直接转化为电能具有广阔的应用前景。薄膜太阳能电池具有用料少、重量轻、成本低等优点是太阳能电池发展的重要方向。铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池是目前技术最成熟，模组效率最高的薄膜太阳能电池，多年以来人们进行了广泛的研究。然而，铜铟镓硒薄膜太阳能电池的大规模普及受到其原料供应的限制。铟属于稀有金属，矿产量较低，再加上液晶板的电极制造过程中会使用大量的铟材料，使得铟得价格持续走高，因此铜铟镓硒薄膜太阳能电池成本仍然较高。铜锌锡硫(CZTS)薄膜太阳能电池具有薄膜太阳能电池众多优点的同时兼具原材料丰富、无毒的优点，受原材料供求关系影响小且对环境友好因而是理想的光伏电池。2012年Mitzi，DavidB 在《Progress in Photovoltaics: Research and Applications》的 2012 年第 20 卷第I 期第 6 至 11 页发表了 “Device characteristics of a 10.1% hydrazine-processedCu2ZnSn(Se, S)4 solar cell” (10.1%效率的联氨工艺制备的铜锌锡硫硒太阳能电池的器件表征)文章报道了目前世界最高效率(10.1%)的铜锌锡硫族太阳能电池。在与铜锌锡硫薄膜太阳能电池相似的铜铟镓硒薄膜太阳能电池研究中，Yuan, Min等人在《Chemistry ofMaterials》2009 年第 22 卷第 2 期第 285 至 287 页发表“Optimization of CIGS-BasedPV Device through Antimony Doping”(通过铺掺杂优化铜铟镓硒基光伏器件)中通过掺杂锑元素使铜铟镓硒薄膜结晶性大大提高，并且在较低的热处理温度下就能达到很好的结晶效果，从而使热处理温度降低。 目前铜锌锡硫(CZTS)太阳能电池存在的主要问题之一是其吸收层材料铜锌锡硫薄膜的结晶性较差，难以制备晶粒较大的薄膜。为了得到结晶性较好的薄膜，普遍采用高温热处理的方法，典型温度在400°C至600°C之间。然而，一方面由于锡及其硫化物蒸汽压较高，在较高温度下会导致锡元素流失；另一方面，铜锌锡硫化合物在高温下也会分解形成二元或三元化合物的杂相。
技术实现思路
本专利技术的技术任务是针对上述现有技术中的不足提供，该方法可以有效解决铜锌锡硫薄膜太阳能电池吸收层即铜锌锡硫薄膜的结晶性较差的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:该种含有掺杂工艺的铜锌锡硫薄膜制备方法，其步骤包括:a、提供一衬底；b、将铜、锌、锡三种金属沉积在衬底上，形成金属前躯体；c、在金属前躯体上沉积含有锑元素的膜层作为掺杂层；d、将金属前躯体及掺杂层在含硫的气氛下热处理，此过程中硫元素与铜锌锡形成铜锌锡硫薄膜。可选的，在步骤a中，所述衬底为玻璃、硅片、不锈钢、聚酰亚胺中的一种。可选的，在步骤b中，所述的铜、锌、锡三种金属沉积方式为叠层沉积或者三种金属的合金沉积。可选的，在步骤b中，所述铜、锌、锡三种合金的元素化学计量比通过膜层厚度调节达到的比例为2:1:1。可选的，在步骤c中，所述的含有锑元素的膜层作为掺杂层，锑元素的存在形式为单质或者化合物。可选的，在步骤c中，所述的掺杂层在步骤b制得的金属前驱体之上或者在金属前驱体和衬底之间。可选的，在步骤d中，所述含硫的气氛为硫单质或者硫化物。可选的，在步骤d中，所述热处理的温度为100°C 600°C。可选的，在步骤d中，热处理过程需用的保护气体为氮气或氩气。本专利技术具有以下突出的有益效果:由于在金属前躯体上沉积含有锑元素的膜层作为掺杂层，即该方法对铜锌锡硫薄膜进行了掺杂，因此它改善了铜锌锡硫的结晶性，降低了结晶温度，提高了薄膜的质量，同时还降低了工艺难度和成本，具有很好的推广利用价值。附图说明附图1是本专利技术的制备工艺流程 附图2是本专利技术的铜锌锡硫薄膜制备结构示意 附图标记说明:1衬底，2铜，3锌，4锡，5 Sb2S3薄膜。具体实施例方式如图1、图2所示，，首先进行步骤SI，提供一衬底1，所述衬底I为玻璃、硅片、不锈钢、聚酰亚胺中的一种。接着进行S2，将铜2、锌3、锡4三种金属沉积在衬底上，形成金属前躯体，所述的铜2、锌3、锡4三种金属沉积方式为叠层沉积或者三种金属的合金沉积，所述铜、锌、锡三种合金的元素化学计量比通过膜层厚度调节达到的比例为2:1:1。接着进行S3，在金属前躯体上沉积含有锑元素的膜层作为掺杂层，所述的含有锑元素的膜层作为掺杂层，锑元素的存在形式为单质或者化合物，所述的掺杂层在步骤S2制得的金属前驱体之上或者在金属前驱体和衬底之间。接着进行S4，将金属前躯体及掺杂层在含硫的气氛下热处理，此过程中硫元素与铜锌锡形成铜锌锡硫薄膜，所述含硫的气氛为硫单质或者硫化物，所述热处理的温度为IOO0C 600°C，热处理过程需用的保护气体为氮气或氩气。下面是本专利技术的一个具体实施例: 首先进行步骤SI，提供一衬底1，衬底I为玻璃，将玻璃衬底经过丙酮、乙醇、去离子水分别超声清洗10分钟后烘干备用。接着进行步骤S2，在衬底I上通过磁控溅射的方法依次沉积铜2、锌3、锡4金属前躯体，其厚度比为2:1:1。在本实施例中，金属前躯体厚度为0.5微米。接着进行步骤S3，用化学水浴方法根据下面化学反应式在前躯体薄膜上沉积一层Sb2S3 薄膜 5。制备Sb2S3薄膜5的步骤如下:预先准备好浓度为2M的Na2S2O3溶液冷却至10°C ；先将650mg的SbCl3溶于2.5mL丙酮中，将预先准备好的Na2S2O3溶液25mL加入到SbCl3的溶液中，最后加入约70mL去离子水；将步骤S2中制备的金属前躯体放入溶液中浸泡，最终在前躯体上得到黄色的Sb2S3薄膜5。硫粉的石墨盒子。接着进行步骤S4，将步骤S3制备得到的样品放入预先放有I克硫粉的石墨盒子；将石墨盒子放入退火炉的石英管中，向石英管通入流量为30sCCm的氮气作为保护气体，30分钟内升温到350°C后自然冷却，得到有锑元素掺杂的铜锌锡硫薄膜。以上所述，仅为本专利技术的较佳实施例，并非对本专利技术做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本专利技术技术方案范围情况下，都可利用上述所述
技术实现思路
对本专利技术技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本专利技术技术方案的内容，依据本专利技术的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。权利要求1.，其特征是，其步骤包括:a、提供一衬底；b、将铜、锌、锡三种金属沉积在衬底上，形成金属前躯体；c、在金属前躯体上沉积含有锑元素的膜层作为掺杂层；d、将金属前躯体及掺杂层在含硫的气氛下热处理，此过程中硫元素与铜锌锡形成铜锌锡硫薄膜。2.根据权利要求1所述的，其特征是，在步骤a中，所述衬底为玻璃、硅片、不锈钢、聚酰亚胺中的一种。3.根据权利要求1所述的，其特征是，在步骤b中，所述的铜、锌、锡三种金属沉积方式为叠层沉积或者三种金属的合金沉积。4.根据权利要求1所述的，其特征是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有掺杂工艺的铜锌锡硫薄膜制备方法，其特征是，其步骤包括：a、提供一衬底；b、将铜、锌、锡三种金属沉积在衬底上，形成金属前躯体；c、在金属前躯体上沉积含有锑元素的膜层作为掺杂层；d、将金属前躯体及掺杂层在含硫的气氛下热处理，此过程中硫元素与铜锌锡形成铜锌锡硫薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：向勇，张海涛，谢梦，吴露，闫宗楷，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51