应用于太阳能电池的低阻硫化锡薄膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种应用于太阳能电池的低阻硫化锡薄膜的制备方法，主要采用真空蒸发气相沉积方法来制备薄膜，属真空蒸发物理气相沉积工艺技术领域。本发明专利技术的特点是利用掺加杂质和热处理的办法来降低硫化锡薄膜的电阻率。本发明专利技术通过试验表明：当在ＳｎＳ中掺杂０．２ｗｔ％的Ｓｂ↓［２］Ｏ↓［３］时，真空蒸发沉积所制得的薄膜在氢气氛围中再进行热处理，热处理的温度为４００℃；热处理的时间为３小时；最终制得的ＳｎＳ薄膜的电阻率为６．４Ω.ｃｍ，该ＳｎＳ薄膜适用于作为太阳能电池的吸收层材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，主要采用真空 蒸发气相沉积方法来制备薄膜，属真空蒸发物理气相沉积工艺

技术介绍
随着人们环保意识的增强，太阳能的开发应用越来越受到人们的关注，近些年来， 硫化锡(SnS)薄膜作为太阳能电池的吸收层材料的研制已引起材料科学界的广泛注 意。SnS是IV—VI族斜方晶体结构的半导体，其光吸收系数大于lO^rn—1;在理论上其 能量转换效率比较高，达到25%;光学直接带隙和间接带隙宽度分别为1.3 1.5eV 和1.0 l.leV，接近太阳电池的最佳禁带宽度1.5 eV。它的组成元素Sn和S在自 然界中含量丰富与GaTe、 CdTe， 、 InP相比又无毒性，因此，SnS是一种高效、廉价、 环保型的太阳能转换材料。目前，真空蒸发物理气相沉积方法制备的本征SnS薄膜具 有纯度高、表面光滑、厚度均匀可控、附着力强等优点，但是用该方法制备的SnS 薄膜的电阻率约为数十至数百欧姆'厘米，这对于应用于太阳能电池的吸收层来说， 其电阻率偏高。所以针对这个问题，我们的研究试验采用了掺杂和热处理的方法来降 低其电阻率，这是我们的专利技术构思和理念，也是本专利技术的关键所在。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低阻硫化锡薄膜的制备方法。本专利技术的技术方案是， 用掺加杂质和热处理的方法来降低SnS薄膜的电阻率，从而提高SnS薄膜在太阳能电 池吸收层中的性能和效果。本专利技术一种，其特征在于具有一 下的工艺过程和步骤a. 采用传统常规的真空蒸发法来沉积制备薄膜，原料采用有氧化锑的硫化 锡，氧化锑的掺杂量为硫化锡重量的0. P/。 0. 3%;b. 将上述沉积制得的已掺杂有Sb203的SnS薄膜放置于氢气氛围中进行热 处理，热处理的温度为380°C 420°C;热处理的时间为2. 0 3. 5小时；c. 然后将上述掺杂Sb203的SnS薄膜冷却至室温，即得到应用于太阳能电 池的低阻SnS薄膜，其电阻率为6. 4 21. 0 Q cm。上述制备方法中，所述的氧化锑的最适宜惨杂量为硫化锡重量的0. 2%。 上述制备方法中，所述的热处理的最适宜温度为40(TC;最适宜的热处理时间为 3小时。本专利技术方法制得的SnS薄膜其性能较普通常规方法制得的SnS薄膜要好很多，其 他方法制备的SnS薄膜其电阻率一般在数十至数百欧姆 厘米范围内，而本专利技术方法 制备的SnS薄膜的电阻率为6. 4 21. OQ cm范围内。本专利技术方法制得的SnS薄膜适 用于太阳能电池吸收层中的使用，是一种较好的低电阻率的太阳能吸收层材料。 附图说明图1为本专利技术研究试验中Sb203掺杂量与SnS薄膜电阻率的关系曲线图。 图2为本专利技术研究试验中热处理温度与SnS薄膜电阻率的关系曲线图。 图3为本专利技术研究试验中热处理时间与SnS薄膜电阻率的关系曲线图。具体实施方式现将本专利技术的具体实施例叙述于后。实施例1本实施例的具体过程和步骤如下1. 釆用传统常规的真空蒸发气相沉积装置来进行薄膜沉积；原料采用有氧 化锑掺杂的硫化锡，氧化锑的掺杂加入量为硫化锡重量的0. 2%;2. 将上述沉积制得已掺杂有Sb203的SnS薄膜置于氢气氛围中进行热处理， 热处理温度为40(TC;热处理时间为3小时；3. 然后将上述掺杂Sb203的SnS薄膜冷却至室温，即制得应用于太阳能电 池的低阻硫化锡薄膜，其电阻率为6.4Q 'cm。本专利技术的研究试验过程及试验的分析和结论 本专利技术的试验过程及对试验的分析和结论1.用真空蒸发法对SnS薄膜进行了多种杂质的掺杂试验，结果表明掺杂氧化锑 (SbA)可以有效地降低电阻率。当掺杂剂Sb力3与SnS的重量比分别为0. 1%、 0. 15%、 0.2%、 0.25%、 0.3%、 0.35%、 0.4%、 0.45%、 0.5%、 0.6%、 0.7%、 0.8%时，制得的掺 杂SnS薄膜的电阻率也渐渐变化，如图l所示。从图中可以看出，当SbA掺杂的重 量百分比低于0.2°/。时，电阻率随掺杂量的增加而减小；当掺入量大于0. 2%小于0. 5% 时，电阻率随掺入量的增加而增加。这可能是因为SnS中的载流子主要为V族的Sb 代替了IV族的Sn占据的位置而产生，因而当Sb浓度较低时，提高Sb的浓度，则载 流子浓度增加，电阻率降低。但当Sb浓度达到一定峰值后，再增加Sb浓度时，可能 产生Sb2S3等电阻率比较高的第二相物质，导致薄膜的电阻率上升。当掺入量大于0. 5% 后，可能产生游离的金属Sb，使电阻率又渐渐变小。因此，从电阻率考虑，Sb的最 佳掺入量为0.2 wt%，此时SnS薄膜的电阻率达到最小值21Q'cm (用同样的方法制 备的纯SnS薄膜的电阻率为99Q'cm)。2. 其次，对己经掺杂0. 2%的Sb203的SnS薄膜分别在真空、N2和H2中进行热处 理。实验表明，经过H2氛围热处理的SnS薄膜的电阻率较其他两者降低的多些。图 2表示在H2氛围中热处理时间均为2小时、不同热处理温度的电阻率的变化情况。 从图2中可以看出，在热处理温度低于40(TC时，SnS薄膜的电阻率随着热处理温度 的升高而降低；当热处理温度高于400'C时，电阻率随着热处理温度的升高而增加。 这可能是因为，随着热处理温度的提高，薄膜的晶粒增大，晶粒间界减少，结构趋于 完整，晶粒间界陷阱能级束缚电子的数量减少，晶粒间界势垒下降，使晶粒间界势垒 对载流子的散射下降，因此薄膜的电阻率随退火温度的上升而下降；当退火温度高于 40(TC时，薄膜的电阻率随温度的升高而增加，这可能是由于玻璃基板中的K+， Na+ 离子向薄膜中的扩散增强，造成反掺杂效应，降低了载流子浓度。因此薄膜的热处理 温度以400'C为最佳。3. 在热处理的温度为400°C，讨论热处理时间对掺杂SbAO. 2%的SnS薄膜电阻 率的影响，结果如图3所示。当退火时间少于3小时，薄膜的电阻率缓慢下降，这是 因为随着热处理时间的延长，样品晶化特征更加明显，晶体结构越趋完整，因而导致 薄膜的导电性能更好。当退火时间大于3小时，电阻率又呈上升趋势，这可能是由于 过长的热处理时间导致硫化锡产生相变，生产其他的第二相物质，从而导致薄膜的电 阻率缓慢上升。由此可见，退火时间应该控制在3小时左右。综上所述，为了制备低阻的SnS薄膜，其最佳的工艺条件为掺杂0.2X的SbA， 并在氢气氛围中进行热处理，其中热处理的温度为4Q0。C，热处理的时间为3小时。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于太阳能电池的低阻硫化锡薄膜的制备方法，其特征在于具有一下的工艺过程步骤：ａ．将用传统常规的真空蒸发法来沉积制备薄膜，原料采用有氧化锑掺杂的硫化锡，氧化锑的掺杂量为硫化锡重量的０．１％～０．３％；ｂ．将上述沉积制得的 已掺杂有Ｓｂ２０３的ＳｎＳ薄膜放置于氢气氛围中进行热处理，热处理的温度为３８０℃～４２０℃；热处理的时间为２．０～３．５小时；ｃ．然后将上述掺杂Ｓｂ２Ｏ３的ＳｎＳ薄膜冷却至室温，即得到应用于太阳能电池的低阻ＳｎＳ薄膜，其电阻率为６． ４～２１．０Ω.ｃｍ。

【技术特征摘要】
1.一种应用于太阳能电池的低阻硫化锡薄膜的制备方法，其特征在于具有一下的工艺过程步骤a.将用传统常规的真空蒸发法来沉积制备薄膜，原料采用有氧化锑掺杂的硫化锡，氧化锑的掺杂量为硫化锡重量的0.1％～0.3％；b.将上述沉积制得的已掺杂有Sb203的SnS薄膜放置于氢气氛围中进行热处理，热处理的温度为380℃～420℃；热处理的时间为2.0～3.5小时；c.然后将上述掺杂Sb2O3的S...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭余英，史伟民，郑耀明，魏光普，张瑜，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]