本发明专利技术公开了一种溅射法制备高度取向的CuInS2外延薄膜的方法，将清洗过的CuInS2靶材和衬底分别放在靶台和样品台上装入真空室，调整靶台与样品台之间的间距为30~60mm，开启样品台和靶台自转，并调节样品台的自转速度为8~12r/min，靶台的自转速度为4~6r/min，调节衬底的生长温度为100~700℃，激光器的脉冲能量为150~250mJ，激光脉冲频率为1~10Hz，开启激光器，进行溅射沉积10~60min，将CuInS2靶材表面原子溅射出来沉积在衬底表面形成CuInS2外延薄膜。该方法工艺简单，对设备要求低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种CuInS2外延薄膜的制备方法，具体涉及一种溅射法制备高度取向的CuInS2外延薄膜的方法。
技术介绍
在上个世纪70年代，贝尔实验室发现I-III-VI2化合物半导体CuInSe2具有光电转换效应。但是在随后发现CuInS2禁带宽度(Eg=l. 5eV)比CuInSe2 (Eg=l. 02eV)宽，这使电池具有较高的开路电压从而提高电池光电转换效率，此外CuInS2也具有高吸收系数(104 105cm-3)、原料丰富、低成本、低毒性、无光致衰减等优点。作为新一代半导体薄膜太阳能电池吸收材料，得到广泛关注。理论上CuInS2薄膜电池的光电转换效率为28. 5%，然而目前所报道的实际CuInS2薄膜电池的最高效率只有13%左右，究其原因是人们对CuInS2材料的电学性质、以及其作为电池吸收层材料的作用机理了解不深，目前对于该种材料研究重点在于电池转换效率的提高，而对其机理研究还不足。因此，近年来CuInS2外延薄膜被广泛用于研究CuInS2的电学性质，例如掺杂类型、掺杂浓度、电子亲和势，电子空穴迁移率等等。同时也被用于研究CuInS2与窗口层ZnO、缓冲层的晶格匹配以及能带结构的研究。而制备高度取向的CuInS2外延薄膜是以上研究的第一步。目前，J.Eberhardt, Th. Hahn, R. Hunger, H. Metzner 等利用分子束外延(MBE)方法制备得到CuInS2外延薄膜，目前CuInS2外延薄膜主要生长方法是分子束外延(MBE)以及金属有机物气相外延(MOVPE)等方法，这些方法工艺复杂，对设备要求高，生长速率低，难于控制两种以上V族元素，易出现表面形态的卵形缺陷、长须状缺陷及多晶生长。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供溅射法制备高度取向的CuInS2外延薄膜的方法，该方法工艺简单，对设备要求低。本专利技术的上述技术问题是通过如下技术方案来实现的一种溅射法制备高度取向的CuInS2外延薄膜的方法,将清洗过的CuInS2祀材和衬底分别放在祀台和样品台上装入真空室，调整靶台与样品台之间的间距为3(T60mm，开启样品台和靶台自转，并调节样品台的自转速度为8 12r/min，靶台的自转速度为r6r/min，调节衬底的生长温度为10(T70(TC，激光器的脉冲能量为15(T250mJ，激光脉冲频率为flOHz，开启激光器，进行溅射沉积l(T60min，将CuInS2靶材表面原子溅射出来沉积在衬底表面形成CuInS2外延薄膜。本专利技术的CuInS2靶材通过如下方法获得取CuInS2粉末，加入去离子水进行球磨，球磨后进行干燥处理，在干燥后的CuInS2粉末中加入去离子水并混匀得混匀物，将混匀物置于模具中，压制成陶瓷坯片，进行烧结后即获得CuInS2靶材。在CuInS2靶材的制备过程中取CuInS2粉末，加入占其总重量的8(Tl00%的去离子水进行球磨，球磨后调解温度为6(Tio(rc进行真空干燥处理。在CuInS2靶材的制备过程中在干燥后的CuInS2粉末中加入占其总重量为8 12%的去离子水并混匀得混匀物。在CuInS2祀材的制备过程中球磨时的转速为12CT200r/min,球磨时间为3 5h。 在CuInS2靶材的制备过程中烧结时将陶瓷坯片置于真空管式炉中以升温速率为2000C /h加热至92(T980°C并保温I 2h。本专利技术所述衬底为C轴取向的蓝宝石和Si (111)衬底。本专利技术CuInS2靶材清洗时采用包括丙酮、无水乙醇和去离子水中的一种或多种超声波清洗。 与现有技术相比，本专利技术具有如下优点本专利技术采用溅射法制备CuInS2外延薄膜的方法相对于其他例如分子束外延(MBE)、金属有机物气相外延(MOVPE)等常用于生长CuInS2外延薄膜的方法具有工艺简单、设备要求低等优点，为进一步研究吸收层CuInS2的电学性质、铜铟硫电池能带结构、载流子输运机制等具有重要意义和价值。附图说明图I是本专利技术实施例1-5中制备的CuInS2陶瓷靶材的XRD- Θ -2 Θ测试图谱；图2是本专利技术实施例1-5中制备的CuInS2外延薄膜的XRD- Θ -2 Θ测试图谱；图3是本专利技术实施例1-5制备的CuInS2外延薄膜的XRD-Rocking curve测试图谱；图4是本专利技术实施例1-5制备的CuInS2外延薄膜的XRD-Phi scan测试图谱。具体实施例方式以下结合实施例来进一步解释本专利技术，但以下实施例并不对本专利技术做任何形式的限定。实施例ICuInS2陶瓷靶材通过以下方法制备获得(I)称取一定量的购置的商业CuInS2粉末(纯度为99. 999%，由四川阿波罗太阳能科技有限责任公司提供)，放入球磨罐内，加入去离子水，去离子水的用量为CuInS2粉末总重量的8(Tl00%，混合并球磨；(2)再将球磨后的粉料置入真空干燥箱干燥后，真空干燥时的温度为6(T10(TC，粉料中加入去离子水研磨均匀，去离子水的用量为干燥后CuInS2粉末的8 12%，混匀得混匀物，将混匀物置于模具中，压制成所需要的陶瓷坯片；(3)将陶瓷坯片置入真空管式炉中以200°C /h的升温速率加热至920°C、80°C保温ltT2h进行烧结后，随炉自然降温至室温。制备获得的CuInS2陶瓷靶材的XRD-Θ-2 Θ测试如图I所示。溅射法制备高度取向的CuInS2外延薄膜的方法的如下采用C轴取向的蓝宝石作为衬底，将CuInS2陶瓷靶材依次用丙酮、无水乙醇、去离子水经超声波清洗器清洗lOmin，工作频率40kHz，将清洗过的CuInS2靶材和衬底分别放在靶台和样品台上装入真空室，调整靶台与样品台之间的间距为60_，然后利用脉冲激光沉积设备在衬底生长温度300°C、激光脉冲能量150mJ、脉冲激光频率5Hz、样品台和靶台自转速度分别为10r/min和5r/min、沉积时间30min条件下制备CuInS2外延薄膜。CuInS2外延薄膜的XRD- Θ -2 Θ测试如图2所示，XRD-rocking curve测试如图3所示，从XRD-Θ-2 Θ测试结果看出所制备的CuInS2外延薄膜存在(112)晶面高度择优取向，XRD-phi scan如图4所示，图4的XRD-phi scan也表明薄膜为高度取向的外延膜。实施例2CuInS2陶瓷靶材的制备方法同实施例I。采用C轴取向的蓝宝石作为衬底，将CuInS2陶瓷靶材依次用丙酮、无水乙醇、去离子水经超声波清洗器清洗lOmin，工作频率40kHz，将清洗过的CuInS2靶材和衬底分别放在靶台和样品台上装入真空室，调整靶台与样品台之间的间距为60mm，然后利用脉冲激光沉 积设备在衬底生长温度500°C、激光脉冲能量150mJ、脉冲激光频率5Hz、样品台和靶台自转速度分别为10r/min和5r/min、沉积时间30min条件下制备CuInS2外延薄膜。CuInS2外延薄膜的XRD- Θ -2 Θ测试如图2所示，XRD-rocking curve测试如图3所示，从XRD-Θ-2 Θ测试结果看出所制备的CuInS2外延薄膜存在(112)晶面高度择优取向，XRD-phi scan如图4所示，图4的XRD-phi scan也表明薄膜为高度取向的外延膜。实施例3CuInS2陶瓷靶材的制备方法同实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种溅射法制备高度取向的CuInS2外延薄膜的方法，特征是：将清洗过的CuInS2靶材和衬底分别放在靶台和样品台上装入真空室，调整靶台与样品台之间的间距为30~60mm，开启样品台和靶台自转，并调节样品台的自转速度为8~12r/min，靶台的自转速度为4~6r/min，调节衬底的生长温度为100~700℃，激光器的脉冲能量为150~250mJ，激光脉冲频率为1~10Hz，开启激光器，进行溅射沉积10~60min，将CuInS2靶材表面原子溅射出来沉积在衬底表面形成CuInS2外延薄膜。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：何云斌，方金钢，尚勋忠，王志强，黎明锴，常钢，周桃生，尹向阳，
申请(专利权)人：广州金升阳科技有限公司，湖北大学，
类型：发明
国别省市：
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