共蒸发结合后退火工艺制备AlSb薄膜制造技术

共蒸发结合后退火工艺制备ＡｌＳｂ薄膜，本项发明专利技术所属域为新型光电子材料。在开发新型太阳能电池材料的过程中，ＡｌＳｂ由于具有能隙宽度为１．６ｅＶ，可吸收太阳可见光谱能量的９８％因而受到人们的重视。目前制备高质量ＡｌＳｂ薄膜的方法和手段较少，主要有ＡｌＳｂ单晶溅射沉积，高温衬底Ａｌ、Ｓｂ共蒸发沉积。用单晶溅射沉积需要高品质的ＡｌＳｂ单晶，由于原料成本问题，此法难以在太阳电池中采用；高温衬底共蒸发，需在高真空条件下对衬底加温６００℃以上，对沉积设备要求很高。本发明专利技术主要是采用室温衬底共蒸发Ａｌ、Ｓｂ，然后用退火方法来获得ＡｌＳｂ薄膜，使得共蒸发设备成本大幅降低，有利于工业化制备ＡｌＳｂ薄膜。

【技术实现步骤摘要】
一所属
本项专利技术所属领域为，新型光电材料。二
技术介绍
随着工业化进程步伐的不断加快，工业和日常生活对能源的消耗不断加大；能源生产和石油化工行业的发展不能跟上整个世界经济的发展步伐，造成能源供需矛盾越来越大，使得原油和成品油的价格居高不下，严重制约各国经济的发展。能源消耗不断增大，对环境的破坏作用也越来越大。能源危机和环境恶化已经成为当今世界不可回避的头等大事。为了解决能源和环境问题，各国争相提出不同的解决方案.主要发达国家都以立法的形式，减少和限制化石能源的消耗，鼓励可再生能源的开发。2005年3月，我国全国人大也颁布了可再生能源法，以法律的形式鼓励节约能源、减少污染排放、增加对新能源的研发投入。在可再生能源中，将太阳光能直接转换成电能的太阳能电池是可再生能源的最重要部分。可喜的是我国光伏产业在国家大力支持下，得到了迅猛发展，已经有少数企业的资产和产值超过亿元。目前在太阳电池产品中，95％以上的材料是单晶硅和多晶硅。这两种产品的优点是转换效率高，寿命长；缺点是生产成本高，使得产品售价高，限制了太阳电池的普及推广。因为目前最需要使用太阳电池的是边远地区的居民，而这部分人的购买能力较弱。单晶硅和多晶硅电池由于利用材料的体效应，在制作电池的过程中会消耗大量的材料，如材料在线切割加工、表面抛光等工序中要消耗部分材料；另一方面，电池园片需有一定的厚度，才能保证电池的制作和使用，按目前商品电池的厚度，一般在毫米以上，使得电池材料消耗过大，造成成本过高；单晶硅和多晶硅在拉制和浇铸过程中会消耗大量的电能，使得成本很高；高纯硅原料价格很高。下一代电池的发展方向应该是薄膜电池，薄膜电池是利用材料的面效应，而且薄膜的厚度一般为微米数量级，材料的消耗远低于单晶和多晶硅电池。薄膜电池的制备面积很大，沉积技术成熟，产量巨大使得最终产品的售价很低。目前在实验室研究和小规模工业化生产的薄膜太阳电池有CdTe电池和CIS(铜铟硒)电池。CdTe电池具有转换效率高，制作工艺简单而受到人们的高度重视，但Cd对人体有危害，在生产和使用过程中会加大制造和使用成本。CIS电池要消耗大量的金属铟，而铟是最稀缺的金属材料，目前全球的年产量大约200吨，其中大部分用于平面显示器中，所以，CIS电池会因材料来源稀少而被制约，不可能大批量生产。新型薄膜电池应该是材料来源丰富，材料对环境友好，在生产和使用过程中无毒，电池转换效率高，制备容易等。AlSb二元化合物的能隙宽度为1.6eV，可以吸收太阳光中可见光光谱的98％，Al、Sb都是大量生产和使用的金属材料，在生产和使用中无毒，对环境友好，是比较理想的新型薄膜电池材料。AlSb薄膜的制备方法较少，主要有AlSb单晶蒸发法，在高温衬底上采用Al、Sb共蒸发方法。这两种方法都存在很大的缺点，单晶蒸发需要有纯度较高的单晶样品，而生产高纯度的AlSb单晶样品本身就很困难；在高温衬底上共蒸发Al、Sb，需要在真空条件下对衬底加热，对设备要求很高。三
技术实现思路
本专利技术的目的，是寻找一种新的制备AlSb薄膜的方法，可以稳定的、大面积的、廉价的生产满足太阳电池需要的AlSb薄膜。本专利技术的具体内容为采用高纯Al，纯度99.999％，高纯Sb，纯度为99.999％，用共蒸发设备，分别加热Al和Sb材料，采用膜厚检测仪，对蒸发过程中Al和Sb的蒸发速率进行监控，以保证沉积薄膜中Al和Sb的原子配比在1∶1。衬底材料可以采用玻璃、石英、硅片。共蒸发过程中，不对衬底材料加温。由于采用室温衬底，使得共蒸发的设备相对简单，设备的制造成本可以大大降低。另一个更主要的优点是衬底处于室温，整个衬底的温度均匀一致，使得沉积薄膜中Al和Sb元素的分布均匀，厚度一致。如果对衬底加高温，由于很难维持真空中衬底的温度均匀，会造成沉积薄膜中元素分布不一致、薄膜的厚度不一致，最终导致薄膜材料的光电性质不一致。将共蒸发的Al、Sb薄膜在退火炉中进行高温，长时间退火，选择一定的退火气氛，最后获得高品质、大面积的AlSb薄膜。四具体实施例方式实施例一将高纯的Al(99.999％)、Sb(99.999％)放入钨舟，真空度10-5Pa。衬底材料选用玻璃(按半导体工艺要求进行清洗)，采用超声膜厚检测仪测量Al、Sb的沉积率，调整加热电流或电压，从而控制Al、Sb的蒸发速率。由于衬底处于室温，使得沉积薄膜经XRD衍射分析显示，无AlSb峰出现，Al、Sb元素以共混状态存在。对沉积的薄膜进行后退火处理。退火环境和条件退火需在保护气氛下进行。保护气体为氩气、氮气、氩气+氮气。退火温度510℃～600℃退火时间20min～60min经过退火以后，薄膜的XRD衍射分析，会出现AlSb衍射峰。实施例二将高纯Al靶(99.999％)和Sb(99.999％)靶放入真空室，真空度10-5Pa。采用电子束共蒸发沉积。用超声膜厚检测仪测量Al、Sb的沉积率，调节电子束功率，使得沉积薄膜中Al、Sb原子比在1∶1。对沉积的薄膜进行后退火处理。退火环境和条件退火需在保护气氛下进行。保护气体为氩气、氮气、氩气+氮气。退火温度510℃～600℃退火时间20min～60min制备的AlSb薄膜受空气中的水分影响很大，薄膜应放置在干燥环境中保存。权利要求1.共蒸发结合后退火工艺制备AlSb薄膜，其特征在于沉积薄膜采用两步方式完成，先用共蒸发方式在衬底上面沉积Al和Sb元素，形成Al、Sb两元素的共混薄膜，然后再用高温退火方式对沉积薄膜进行退火，使得共混状态的Al、Sb生成AlSb薄膜。2.如权利要求1所述的共蒸发结合后退火制备AlSb的方法，其特征在于共蒸发方式是电加热方式或电子束加热方式。3.如权利要求1所述的共蒸发结合后退火制备AlSb方法，其特征在于退火气氛是Ar气或N2气或Ar气加N2气。4.如权利要求1所述的共蒸发结合后退火制备AlSb的方法，其特征在于退火温度是510℃～600℃。全文摘要共蒸发结合后退火工艺制备AlSb薄膜，本项专利技术所属域为新型光电子材料。在开发新型太阳能电池材料的过程中，AlSb由于具有能隙宽度为1.6eV，可吸收太阳可见光谱能量的98％因而受到人们的重视。目前制备高质量AlSb薄膜的方法和手段较少，主要有AlSb单晶溅射沉积，高温衬底Al、Sb共蒸发沉积。用单晶溅射沉积需要高品质的AlSb单晶，由于原料成本问题，此法难以在太阳电池中采用；高温衬底共蒸发，需在高真空条件下对衬底加温600℃以上，对沉积设备要求很高。本专利技术主要是采用室温衬底共蒸发Al、Sb，然后用退火方法来获得AlSb薄膜，使得共蒸发设备成本大幅降低，有利于工业化制备AlSb薄膜。文档编号C21D1/26GK1766170SQ200510021978公开日2006年5月3日 申请日期2005年11月2日 优先权日2005年11月2日专利技术者雷智, 冯良桓, 姚菲菲, 张静全, 黎兵, 李卫, 武莉莉 申请人:四川大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
共蒸发结合后退火工艺制备ＡｌＳｂ薄膜，其特征在于沉积薄膜采用两步方式完成，先用共蒸发方式在衬底上面沉积Ａｌ和Ｓｂ元素，形成Ａｌ、Ｓｂ两元素的共混薄膜，然后再用高温退火方式对沉积薄膜进行退火，使得共混状态的Ａｌ、Ｓｂ生成ＡｌＳｂ薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：雷智，冯良桓，姚菲菲，张静全，黎兵，李卫，武莉莉，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]