一种制备Cu掺杂硫化铟薄膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备Cu掺杂硫化铟薄膜的方法，其是采用真空蒸发法，在两层硫化铟薄膜之间蒸发一层很薄的Cu，然后通过热退火使得Cu扩散到硫化铟薄膜中，达到制备Cu掺杂硫化铟薄膜的目的。本发明专利技术可以通过控制蒸发Cu的量来控制掺杂浓度，从而起到不同程度降低薄膜电阻率的目的。本发明专利技术制备的薄膜可用于作为太阳能电池的缓冲层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料制备
，具体设及一种制备化渗杂硫化铜薄膜的方法。
技术介绍
一般铜锋锡硫（化2化SnS4,简称CZTS)薄膜太阳能电池结构为：介质/底电极/吸 收层（CZTS) /缓冲层/透明导电层/上电极，其中缓冲层主要用来降低透明导电层与吸收 层之间的能带不连续现象，一般会使用高透光率，电阻率在5.0~120Q.cm的材料。现在的 太阳能电池主要是使用CdS作为缓冲层，但CdS是一种有毒性的材料，不适合持续发展，故 需要发展一种无毒、环保的材料来代替。硫化铜（InzSs)是一种无毒、禁带宽度在2. 0~3. 7eV 的半导体材料，是一种较为理想的替代CdS作为CZTS薄膜太阳能电池缓冲层的新型材料。 [000引但由于InzS攜膜电阻率较高OlO2Q.cm),不利于提高薄膜太阳电池的转换效 率。针对运个问题，本专利技术采用真空热蒸发的方法对硫化铜薄膜进行化渗杂，W此来降低 其电阻率，而通过真空热蒸发法对硫化铜薄膜进行化渗杂目前还没有相关的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备化渗杂硫化铜薄膜的方法，其采用真空热蒸发 法制备化渗杂硫化铜薄膜，并通过控制渗入化的量，W不同程度降低薄膜的电阻率。 为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案： 一种制备化渗杂硫化铜薄膜的方法，其具体包括W下步骤： 步骤1):对透明玻璃片进行清洁处理，即将玻璃片依次在去离子水、丙酬和乙醇中进行 超声处理，然后取出，置于高溫干燥箱中烘干； 步骤2):将步骤1)所得烘干的玻璃片置于真空蒸发炉的样品架上，然后放进蒸发腔 内；将硫化铜粉末置于蒸发舟中，再放进蒸发腔内；将蒸发腔抽真空至所需真空度后，缓慢 加电流对蒸发舟进行加热，直至蒸发舟内的硫化铜粉末蒸发完，此时电流为140A，然后停止 蒸发； 步骤3):将化颗粒在盐酸中清洗，然后在去离子水中洗净，再于乙醇溶液中超声处理 后，取出，迅速风干，然后放置于蒸发舟内；打开蒸发腔，将放有化颗粒的蒸发舟放入蒸发 腔内，将蒸发腔抽真空至所需真空度后，缓慢加电流对蒸发舟进行加热，当电流加到IlOA 时，保持电流直到化颗粒全部蒸发完后停止蒸发； 步骤4):再取硫化铜粉末置于蒸发舟中，然后打开蒸发腔，将装有硫化铜粉末的蒸发舟 放入蒸发腔内，抽真空至所需真空度后，缓慢加电流对蒸发舟进行加热，直至蒸发舟内的硫 化铜粉末蒸发完后停止蒸发； 步骤5):将步骤4)制得的样品放在石英舟上，再放入石英管中，通入惰性气体，然后在 管式炉里将样品在惰性气体的保护下进行热退火处理； 步骤6):退火结束之后，取出石英管，继续通入惰性气体直到石英管降为室溫，然后将 样品取出，即得所述化渗杂的硫化铜薄膜。 步骤I)所述超声处理的时间均为15分钟；所述烘干的溫度为100°C，烘干时间为 25-40分钟。 步骤2)或步骤4)中经蒸发得到厚度为70nm的硫化铜薄膜；其加电流对蒸发舟进 行加热的速率为IOA/分钟。 步骤3)中经蒸发得到厚度为5nm或Snm的化膜；其加电流对蒸发舟进行加热的 速率为20A/分钟。 步骤2)-步骤4)所述蒸发舟为钢舟；抽真空时，将蒸发腔内抽至真空度为 1. OXlO 3帕。 步骤5)中通入的惰性气体为氣气；热退火处理前的通气时间为25-40分钟；热退 火处理的溫度为300°C，处理时间为1小时。 所述方法制备的化渗杂硫化铜薄膜可用于制备铜锋锡硫薄膜太阳能电池的缓冲 层。 本专利技术采用真空蒸发法，在两层硫化铜薄膜之间蒸发一层很薄的化，然后通过热 退火使得化扩散到硫化铜薄膜中，达到制备化渗杂硫化铜薄膜的目的，所制得的化渗杂 硫化铜薄膜纯度高、制备方便、适合进行大规模生产。 与现有技术相比，本专利技术制得的具有S层结构的化渗杂硫化铜薄膜（即化夹在两 层相同厚度的硫化铜薄膜之间）比传统的两层结构（化沉积在一层硫化铜薄膜之上)更容易 实现均匀渗杂。采用运种方法可W通过控制蒸发的化的量来调控渗杂浓度，从而调控硫化 铜薄膜的电阻率，实现不同程度降低薄膜电阻率的目的。【附图说明】 图1为化渗杂浓度(原子百分比浓度）分别为7at. %和10at. %的硫化铜薄膜 的X射线光电子能谱（XPS)。 图2为化渗杂浓度（原子百分比浓度）分别为0at. %、7at. %和10at. %的硫化 铜薄膜的X射线衍射图谱（XRD)。 图3为Cu渗杂浓度(原子百分比浓度)分别为0at. % (a)、7at. % (b)和10at. % (C)的硫化铜薄膜的拉曼光谱。 图4为Cu渗杂浓度(原子百分比浓度)分别为0at. % (a)、7at. % (b)和10at. % (C)的硫化铜薄膜的扫描电镜图（SEM)。 阳01引 图5为化渗杂浓度(原子百分比浓度)分别为0at. %、7at. %和10at. %的硫化 铜薄膜的透射光谱。 图6为化渗杂浓度(原子百分比浓度)分别为0at. %、7at. %和10at. %的楠圆 偏振光谱（SE)。 图7为化渗杂浓度(原子百分比浓度)分别为0at. %、7at. %和10at. %的光学 常数(n、k)曲线。 图8为化渗杂浓度(原子百分比浓度）分别为0at. %、7at. %和10at. %的禁带 宽度。【具体实施方式】 一种制备化渗杂硫化铜薄膜的方法，其具体包括W下步骤： 步骤1):对透明玻璃片进行清洁处理，即将玻璃片依次在去离子水、丙酬和乙醇中各超 声处理15分钟，然后取出，置于100°C高溫干燥箱中烘干25-40分钟； 步骤2):将步骤1)所得烘干的玻璃片置于真空蒸发炉的样品架上，然后放进蒸发腔 内；将硫化铜粉末置于蒸发舟中，再放进蒸发腔内；将蒸发腔抽真空至1.OX10 3帕后，按 IOA/分钟的速率缓慢加电流对蒸发舟进行加热，当电流加到约90A时，蒸发舟上的硫化铜 粉末开始蒸发到玻璃片上，继续缓慢加电流，直至蒸发舟内的硫化铜粉末蒸发完，此时电流 为140A，然后停止蒸发，得到厚度为70nm的硫化铜薄膜； 步骤3):将化颗粒在盐酸中清洗，然后在去离子水中洗净，再于乙醇溶液中超声处理 后，取出，迅速风干，然后放置于蒸发舟内；打开蒸发腔，将放有化颗粒的蒸发舟放入蒸发 腔内，将蒸发腔抽真空至1.OX103帕后，按20A/分钟的速率缓慢加电流对蒸发舟进行加 热，当电流加到IOOA时，蒸发舟上的Cu颗粒融化开始蒸发到玻璃片上，当电流加到IlOA 时，保持IlOA电流直到化颗粒全部蒸发完后停止蒸发，得到厚度为5nm或Snm的化膜； 步骤4):再取硫化铜粉末置于蒸发舟中，然后打开蒸发腔，将装有硫化铜粉末的蒸发舟 放入蒸发腔内，抽真空至1. 0X103帕后，按IOA/分钟的速率缓慢加电流对蒸发舟进行加 热，当电流加到约90A时，蒸发舟上的硫化铜粉末开始蒸发到玻璃片上，继续缓慢加电流， 直至蒸发舟内的硫化铜粉末蒸发完后停止蒸发，得到厚度为70nm的硫化铜薄膜； 步骤5):将步骤4)制得的样品放在石英舟上，再放入石英管中，通入氣气25-40分钟， 然后在管式炉里，将样品在于300°C、氣气保护下热退火处理1小时； 步骤6):退火结束之后，取出石英管，继续通入氣气直到石英管降为室溫，然后将样品 取出，即得所述Cu渗杂的硫化铜薄膜。 所用蒸发舟为钢舟。 为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备Cu掺杂硫化铟薄膜的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1）：对透明玻璃片进行清洁处理，即将玻璃片依次在去离子水、丙酮和乙醇中进行超声处理，然后取出、烘干；步骤2）：将步骤1）所得烘干的玻璃片置于真空蒸发炉的蒸发腔内；将硫化铟粉末置于蒸发舟中，再放进蒸发腔内；将蒸发腔抽真空后缓慢加电流对蒸发舟进行加热，至蒸发舟内的硫化铟粉末完全蒸发，此时电流为140A，然后停止蒸发；步骤3）：将Cu颗粒在盐酸中清洗，然后在去离子水中洗净，再于乙醇溶液中超声处理后，取出，迅速风干，然后放置于蒸发舟内；将放有Cu颗粒的蒸发舟放入蒸发腔内，将蒸发腔抽真空后缓慢加电流对蒸发舟进行加热，当电流加到110A时，保持电流直到Cu颗粒全部蒸发完后停止蒸发；步骤4）：再取硫化铟粉末置于蒸发舟中，再放入蒸发腔内，抽真空后缓慢加电流对蒸发舟进行加热，直到蒸发舟内的硫化铟粉末完全蒸发后停止蒸发；步骤5）：将步骤4）制得的样品放在石英舟上，再放入石英管中，通入惰性气体，然后在管式炉里将样品在惰性气体的保护下进行热退火处理；步骤6）：退火结束之后，取出石英管，继续通入惰性气体直到石英管降为室温，然后将样品取出，即得所述Cu掺杂的硫化铟薄膜。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：俞金玲，郑重明，程树英，赖云锋，郑巧，周海芳，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35