本发明专利技术涉及一种Cu2ZnSnS4薄膜的电化学制备工艺，是一种分步电化学沉积叠层制备工艺。具体过程包括：以钠钙玻璃为基底，首先在基底上采用射频(RF)磁控溅射方法溅射钼(Mo)金属作为前驱体，然后采用电化学体系分步层叠沉积Cu、Sn、Zn，制备铜锌锡(CZT)膜作为预制膜，最后将金属预制膜CZT放入石英炉内硫化及退火处理，得到Cu2ZnSnS4吸收层薄膜。该吸收层薄膜为直接带隙材料，其禁带宽度为1.5eV，是单结太阳能电池的最优带隙，光吸收系数＞104cm-1。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种CuJnSn、薄膜的电化学制备工艺，是一种太阳电池光吸收层分步电化学沉积叠层制备工艺。属于光伏电池材料制备
技术介绍
目前，两种主流的薄膜太阳能电池吸收层材料，铜铟镓硒(CIGS)和碲化镉 (CdTe)，在面向大规模生产时受到原材料稀缺、昂贵、组成元素的毒性约束，如CIGS中h金属非常昂贵，CdTe中的Te产量有限，在电池发电量达到GW量级时都会出现原材料瓶颈。另外Cd有毒性，进一步增加了生产的难度，因此，需要寻找更优的吸收层半导体.近15年来，出于寻找廉价、环保、高效的太阳能电池吸收层半导体材料的需要， 采用将三元半导体通过阳离子替换演化为四元半导体。其中，Cu2ZnSnS4(简称CZTS)类 I2-II-IV-VI4型四元硫族半导体材料吸引了人们越来越多的关注，这种四元材料仅包含自然界储量丰富、廉价、对环境无害的元素。另外，实验测量发现，其禁带宽度在1. 45-1. 6eV, 是单结太阳能电池的最优带隙，并且其光吸收系数很高(> 104cm-l)，因而具有很高的光电转换效率.Cu2ZnSnS4(CZTS)薄膜材料的制备方法公知的有热蒸发、快速共蒸发及射频磁控溅射等，此类电池的研究也面临着许多问题和困难，器件性能参数的影响目前还不清楚，大多数的研究停留在改变合成方法或者成分、温度等条件来进行合成材料-制作器件-测量性能参数的层次，尽管观察到器件性能的变化，却缺乏对微观物理机制的深层理解，对器件性能的优化基于经验。专利(申请号20071006499 采用熔炼合金的法将Cu粒、Si粒、Sn 粒，压制成圆柱压坯，在石英管中通过感应熔炼使之形成合金锭，再采用甩带工艺将其制成金薄带，最后将薄带混合硫粉球磨形成浆料涂敷制备Cu2SiSr^4薄膜，此方法工艺复杂，成本高，不适合大面积生长，合成的样品往往质量较差，成分偏离理想化学配比。
技术实现思路
针对
技术介绍
提出的问题，本专利技术的目的在于提供一种CuJnSn、薄膜的电化学制备工艺，是一种分步电化学沉积叠层制备工艺。以钠钙玻璃为基底，首先在基底上采用射频(RF)磁控溅射方法溅射钼(Mo)金属作为前驱体，然后采用电化学体系分步层叠沉积 Cu、Sn、ai，制备铜锌锡(CZT)膜作为预制膜，最后将金属预制膜CZT放入石英炉内硫化及退火处理，得到Cu2aiSr^4(CZTQ吸收层薄膜。本专利技术的具体实施步骤为采用射频(RF)磁控溅射方法，先在钠钙玻璃基底上溅射钼(Mo)金属层，然后采用电化学体系分步在钼(Mo)金属层上依次层叠沉积Cu、Sn、ai，得到铜锌锡(CZT)膜，最后将铜锌锡(CZT)膜进行硫化及退火处理，得到Cu2aiSr^4(CZI^)吸收层薄膜。本专利技术与公知技术相比具有的优点及积极效果1.电化学沉积采用分步层叠电沉积，沉积过程采用恒电位方式，在室温下无需搅拌，每一种金属的沉积量可通过监测沉积电荷量来控制，操作简单，准确；2.吸收层材料为直接带隙材料，其禁带宽度为1. kV，是单结太阳能电池的最优带隙，光吸收系数> IO4CnT1t附图说明图1为本专利技术工艺流程图。图2电化学沉积薄膜的装置示意图，图中1为工作电极，2为MO金属前驱体，3为电解液，4为电化学沉积箱，5为Ag I AgCl参比电极，6为电化学工作站，7为电极连接导线，8为钼金对电极。图3为薄膜沉积结构示意图。具体实施例方式(1)将钠钙玻璃(Soda-lime glass)基底(IOmmX 10mm)依次采用洗涤剂、蒸馏水、 异丙酮及乙醇进行超声清洗10分钟，后用氮气(流量0. Im3/h)干燥5分钟；(2)用聚四氟乙烯(PolytetrafluoroethylenhPTFE)掩膜钠钙玻璃基底边缘，在基底上采用射频(RF)磁控溅射沉积1 μ m厚的钼层(前驱体)；(3)用去离水和金属盐(纯度为99. 99wt% )分别配制A、B、C三种电解液A电解液为含1. 5摩尔氢氧化钠(NaOH)、50毫摩尔氯化铜(CuC12)和0. 1摩尔山梨醇(sorbitol) 的碱性溶液；B电解液为含0. 15摩尔氯化锌(&1C12)，并经氢离子缓冲pH值为3的溶液； C电解液为含2. 25摩尔氢氧化钠(NaOH)，55毫摩尔氯化锡(SnC12)和0. 1摩尔山梨醇 (sorbitol)的碱性溶液；(4)采用三电极电化学体系(工作电极、对电极和参比电极)，以制备好的钼层 (前驱体)作为工作电极、采用钼金片作为对电极、采用Ag IAgCl作为参比电极，分步依次在三种配制好的电解液A、B、C中沉积Cu、Zn、Sn层，沉积过程采用恒电位(Autolab 20 稳压器)方式，在室温下无搅拌进行，每一种金属的沉积量通过监测沉积电荷量来控制。 第一步以钼层(前驱体)作为工作电极，在电镀液A中沉积Cu层，Cu沉积的化学电势为-1. 14V (伏)(相对于· AglAgCl参比电极)，时间为50-60min ；第二步在电解液B中沉积Si层，Zn沉积的化学电势为-1. 20V(相对于.AglAgCl参比电极)，时间45-50min ；第三步在电解液C中沉积Sn层，Sn沉积的化学电势为-1. 21V (相对于.Ag| AgCl参比电极)，时间 40-50min ；(5)用去离子水清洗沉积金属预制膜，并用流量为0. Im3/h的氮气干燥30分钟；(6)将金属预制膜CZT放入石墨容器内，并放入固态硫源(纯度为99. 999wt% )， 然后放入石英炉管内，在3X 10-3 的真空状态下加热至100°C除去预制膜表面的水迹；(7)往石英炉内充入1巴压强的氩气，以40°C . min-1 (每分钟40度)的速度梯度将金属预制膜CZT加热至550°C，并维持550°C炉温2小时；(8)用氮气(流量0. Im3/h)清冼炉管30分钟，取出样品自然冷却至室温，得到 2 μ m厚的CuJnSn、(CZTS)薄膜成品。权利要求1. 一种CuJnSn、薄膜的电化学制备工艺，其特征在于采用射频磁控溅射方法，先在钠钙玻璃基底上溅射钼金属层，然后采用电化学体系分步在钼属层上依次层叠沉积Cu、Sn、 Si，得到铜锌锡膜，最后将铜锌锡膜进行硫化及退火处理，得到Cu2SiSr^4吸收层薄膜，所述的工艺按以下步骤实施，(1)将尺寸为IOmmXIOmm的钠钙玻璃基底依次采用洗涤剂、蒸馏水、异丙酮及乙醇进行超声清洗10分钟，后用流量为0. Im3/h的氮气干燥5分钟；(2)用聚四氟乙烯掩膜钠钙玻璃基底边缘，在基底上采用射频磁控溅射沉积Iym厚的钼层前驱体；(3)用去离水和纯度为99.99wt%的金属盐分别配制A、B、C三种电解液，A电解液为含 1. 5摩尔氢氧化钠、50毫摩尔氯化铜和0. 1摩尔山梨醇的碱性溶液；B电解液为含0. 15摩尔氯化锌，并经氢离子缓冲PH值为3的溶液；C电解液为含2. 25摩尔氢氧化钠，55毫摩尔氯化锡和0. 1摩尔山梨醇的碱性溶液；(4)采用工作电极、对电极和参比电极三电极电化学体系，以制备好的钼层前驱体作为工作电极、钼金片作为对电极、AglAgCl作为参比电极，分步依次在三种配制好的电解液A、 B、C中沉积Cu、Zn、Sn层，沉积过程采用20稳压器恒电位方式，在室温下无搅拌进行，每一种金属的沉积本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨培志，自兴发，
申请(专利权)人：云南师范大学，
类型：发明
国别省市：
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