PatViewer专利搜索
中国 发明 有效

一种绑定单靶溅射制备Cu3SnS4吸收层的方法 【EN】A kind of single target sputtering preparation Cu of binding

申请(专利)号:CN201810958677.4国省代码:云南 53
申请(专利权)人:【中文】昆明理工大学【EN】Kunming University of Science and Technology
温馨提示:Ctrl+D 请注意收藏,详细著录项请登录检索查看。 Please note the collection. For details, please search the home page.

摘要:
【中文】本发明涉及一种绑定单靶溅射制备Cu3SnS4吸收层的方法,属于光电薄膜材料及新能源技术领域。本发明将预处理衬底放置到磁控溅射腔室内的样品架上,将绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材安装于磁控溅射腔室内,调整绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材和溅射腔体内基底之间的靶基距为80~90mm;将溅射室内本底真空度抽至2.0×10‑4~6.0×10‑4Pa,设定工作真空度为0.4~0.5Pa,衬底温度为80~320℃、样品旋转速度为10~20r/min,工艺气体的流量为20~30sccm;预溅射除去靶材表面杂质;在衬底上采用绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶直流溅射沉积铜锡硫(Cu3SnS4)前驱体层薄膜,其中溅射功率为30~70w,铜锡硫Cu3SnS4前驱体层薄膜厚度为790~810nm;在氮气氛围下,将铜锡硫(Cu3SnS4)前驱体层薄膜置于过量硫粉中进行硫化退火处理得到Cu3SnS4吸收层。 【EN】Paragraph:The present invention relates to a kind of single target sputtering preparation Cu of bindingImage:

主权项:
【中文】1.一种绑定单靶溅射制备Cu3SnS4吸收层的方法,其特征在于,具体步骤为:(1)将预处理衬底放置到磁控溅射腔室内的样品架上,将绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材安装于磁控溅射腔室内,调整绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材和溅射腔体内基底之间的靶基距为80~90mm;其中绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材为三元铜锡硫靶材通过铟料焊接绑定在纯铜靶材上,绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材中铜、锡和硫的摩尔比为3:1:4;(2)调节溅射镀膜仪参数:将溅射室内本底真空度抽至2.0×10‑4~6.0×10‑4Pa,设定工作真空度为0.4~0.5Pa,衬底温度为80~320℃、样品旋转速度为10~20r/min,工艺气体的流量为25~30sccm;(3)预溅射除去靶材表面杂质;(4)在衬底上采用绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶直流溅射沉积铜锡硫(Cu3SnS4)前驱体层薄膜,其中溅射功率为30~70w,铜锡硫Cu3SnS4前驱体层薄膜厚度为790~810nm;(5)在氮气氛围下,将步骤(4)的铜锡硫Cu3SnS4前驱体层薄膜置于过量硫粉中进行硫化退火处理得到Cu3SnS4吸收层。 【EN】1. a kind of single target sputtering preparation Cu of bindingSnSThe method of absorbed layer, which is characterized in that specific steps are as follows: (1) pre-processed substrate is placed on the indoor specimen holder of magnetron sputtering chamber, the ternary copper and tin sulphur target of fine copper target will be bound Material is installed in magnetron sputtering chamber, the target in the ternary copper and tin sulphur target and sputter chamber of adjustment binding fine copper target between substrate Cardinal distance is 80 ~ 90mm;The ternary copper and tin sulphur target for wherein binding fine copper target is that ternary copper and tin sulphur target passes through the welding binding of indium material On fine copper target, the molar ratio for binding copper, tin and sulphur in the ternary copper and tin sulphur target of fine copper target is 3:1:4; (2) it adjusts sputter coating instrument parameter: background vacuum in sputtering chamber is evacuated to 2.0 × 10~6.0×10Pa sets work Making vacuum degree is 0.4 ~ 0.5Pa, and underlayer temperature is 80 ~ 320 DEG C, sample rotates speed is 10 ~ 20r/min, the stream of process gas Amount is 25 ~ 30sccm; (3) pre-sputtering removes target material surface impurity; (4) copper and tin sulphur (Cu is deposited using the ternary copper and tin sulphur target d.c. sputtering of binding fine copper target on substrateSnS) precursor layer Film, wherein sputtering power is 30 ~ 70w, copper and tin sulphur CuSnSPrecursor layer film thickness is 790 ~ 810nm; (5) under nitrogen atmosphere, by the copper and tin sulphur Cu of step (4)SnSPrecursor layer film, which is placed in excessive sulphur powder, to be vulcanized Annealing obtains CuSnSAbsorbed layer.


说明书

一种绑定单靶溅射制备Cu3SnS4吸收层的方法

技术领域

本发明涉及一种绑定单靶溅射制备Cu3SnS4吸收层的方法,属于光伏材料与器件新

能源技术领域。


背景技术

随着社会的发展,传统化石能源的不可再生性及其所造成的环境污染问题已经引

起了人们的广泛关注,为了人类社会的可持续发展,可再生能源的发展和利用就显得的越

发重要。太阳能电池的发展就是其中之一,CuInGaSe2(CIGS)和CdTe薄膜太阳能电池已经商

业化,但由于In、Ga等元素属于地壳中的稀有元素,Se、Cd等元素又存在毒性,所以在一定程

度上限制了该类太阳能电池的推广应用。作为CIGS薄膜电池的替代者,Cu2ZnSnS4 (CZTS)因

所使用原料无毒,组成元素在地壳中含量丰富,有着合适的能带值、且属于P型半导体材料,

在可见光波段有着较高的光吸收系数,已经成为近些年研究的热点。但随着研究的深入,

CZTS在合成过程中展示出复杂的晶体结构和需要非常可控的生长条件,已经影响了它的发

展。特别是在制备过程中容易产生一些二元、三元的化合物次生相和晶体缺陷,使得基于

CZTS的薄膜太阳能电池在光转换效率方面受到很大的约束。

Cu3SnS4三元铜基硫化物半导体材料,作为在制备CZTS过程中发现的中间产物之一

也受到极大的关注。近些年的研究表明:Cu3SnS4具有接近光伏转换最佳值的能带值,同时也

具备高的光吸收,组成元素含量丰富和无毒的特点。更重要的是,与四元Cu2ZnSnS4 材料相

比,由于元素的减少,极大的增加了结构和成分的可控性,非常适合作为薄膜太阳能电池吸

收层材料。文献Phys. Status Solidi C 7, No. 3-4, 901-904 (2010) 采用直流顺序溅

射/Sn/Cu,后经硫化退火处理制备出具有斜方结构的Cu3SnS4,多靶的使用使得制备工艺变

得复杂,功耗也较大。Thin Solid Films , 2015,582 (1/2):229-232 采用射频电源,Cu2S

和SnS2双靶材共溅射的方法经硫化退火得到四方结构的Cu3SnS4,双靶材在溅射过程中容易

互相影响和污染,溅射的稳定性、操作性和重复性较差,且也同样存在耗能较大的问题。专

利CN102094191A 公布了一种制备择优取向铜锡硫薄膜的方法,其使用配置好含有所需元

素的前驱体溶液旋涂处理,后经在水合联氨可密闭容器中干燥处理得到铜锡硫光电薄膜。

使用这种方法,薄膜的附着性很难得以保证;其次,联氨有毒设备的使用也不利于大规模的

推广和使用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足,提供一种绑定单靶溅射制备Cu3SnS4吸收层的方法,

本发明方法将将铜靶和三元铜锡硫单靶通过铟焊接,解决了化合物靶材由于导电性不好,

在溅射时容易形成电荷积累,造成靶材放电和开裂的问题,本发明方法在增加靶材溅射稳

定性的同时,也利于靶材的更换,延长了靶材的使用寿命,适用于工业化大规模生产;本发

明方法与共溅射和顺序溅射制备该吸收层薄膜相比较,靶材数量减少,具有更好的可控性,

大幅减少耗能。

一种绑定单靶溅射制备Cu3SnS4吸收层的方法,具体步骤为:

(1)将预处理衬底放置到磁控溅射腔室内的样品架上,将绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶

材安装于磁控溅射腔室内,调整绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材和溅射腔体内基底之间的靶

基距为80~90mm;其中绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材为三元铜锡硫靶材通过铟料焊接绑定

在纯铜靶材上,绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材中铜、锡和硫的摩尔比为3:1:4;

(2)调节溅射镀膜仪参数:将溅射室内本底真空度抽至2.0×10-4~6.0×10-4Pa,设定工

作真空度为0.4~0.5Pa,衬底温度为80~320℃、样品旋转速度为10~20r/min,工艺气体的流

量为25~30sccm;

(3)预溅射除去靶材表面杂质;

(4)在衬底上采用绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶直流溅射沉积铜锡硫(Cu3SnS4)前驱体

层薄膜,其中溅射功率为30~70w,铜锡硫Cu3SnS4前驱体层薄膜厚度为790~810nm;

(5)在氮气氛围下,将步骤(4)的铜锡硫Cu3SnS4前驱体层薄膜置于过量硫粉中进行硫

化退火处理得到Cu3SnS4吸收层;

进一步地,所述步骤(1)衬底为钠钙玻璃衬底,三元铜锡硫靶材的纯度不小于99.99%,

纯铜靶材的纯度不小于99.99%;

进一步地,所述步骤(2)工艺气体为氩气,氩气的纯度不小于99.999%;

进一步地,所述步骤(5)氮气的纯度不小于99.999%;

进一步地,所述步骤(5)中硫化退火处理的方法为将覆有铜锡硫(Cu3SnS4)前驱体层薄

膜的衬底置于装有过量固态硫粉的石英坩埚中,然后送入管式退火炉,将炉内气压抽至30~

60mTorr,通入氮气至气压为40~50Torr,在升温速率为10~15℃/min的条件下加热至温度为

500~600℃并保温30~40min,自然冷却至室温;

进一步地,所述衬底预处理的方法为将衬底依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清

洗,清洗完的衬底使用氮气吹干,放于装有无水乙醇的衬底架上备用,使用时,用氮气将衬

底吹干;

本发明的有益效果:

(1)本发明方法采用直流靶电源,以经过铜靶绑定标准化学计量比的三元铜锡硫单靶

溅射获取前驱体层薄膜,再对前驱体层薄膜进行硫化退火热处理工艺,得到Cu3SnS4吸收层,

本发明方法溅射速度快、薄膜厚度可控、生产原料无毒、所得薄膜结晶度高,晶粒和成分均

匀,很适合作为薄膜太阳能电池吸收层;

(2)本发明方法通过铜靶绑定标准化学计量比的三元铜锡硫单靶进行溅射,克服了化

合物靶材由于导电性不好,在溅射时容易形成电荷积累,从而造成靶材放电和开裂的问题,

本发明方法不仅增加了靶材溅射的稳定性,也利于靶材的更换,延长了靶材的使用寿命,适

用于工业化大规模生产;

(3)本发明方法与共溅射和顺序溅射制备该吸收层薄膜相比较,靶材数量减少,具有更

好的可控性,大幅减少耗能。

附图说明

图1为实施例1制备的CTS吸收层的XRD衍射图;

图2为实施例2制备的CTS吸收层的XRD衍射图;

图3为实施例2制备的CTS吸收层的SEM图;

图4为实施例2制备的CTS吸收层紫外-可见-近红外吸收图谱;

图5为实施例3制备的CTS吸收层的XRD衍射图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明,但本发明的保护范围并不限

于所述内容。

实施例1:一种绑定单靶溅射制备Cu3SnS4吸收层的方法,具体步骤为:

(1)衬底预处理:将钠钙玻璃衬底依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗,清洗完的

衬底使用氮气吹干,放于装有无水乙醇的衬底架上备用,使用时,用氮气将衬底吹干;

(2)将步骤(1)预处理衬底放置到磁控溅射腔室内的样品架上,将绑定纯铜靶的三元铜

锡硫靶材安装于磁控溅射腔室内,调整绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材和溅射腔体内基底之

间的靶基距为80mm;其中绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材为三元铜锡硫靶材通过铟料焊接绑

定在纯铜靶材上,绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材中铜、锡和硫的摩尔比为3:1:4;

(3)调节溅射镀膜仪参数:将溅射室内本底真空度抽至2.0×10-4Pa,设定工作真空度

为0.45Pa,衬底温度为320℃、样品旋转速度为10r/min,工艺气体(氩气)的流量为20sccm;

(4)预溅射除去靶材表面杂质;然后在衬底上采用绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶直流溅

射沉积铜锡硫(Cu3SnS4)前驱体层薄膜,其中溅射功率为50w,铜锡硫Cu3SnS4前驱体层薄膜

厚度为790nm;

(5)在氮气氛围下,将步骤(4)的铜锡硫Cu3SnS4前驱体层薄膜置于过量硫粉中进行硫

化退火处理得到Cu3SnS4吸收层;其中硫化退火处理的方法为将覆有铜锡硫Cu3SnS4前驱体

层薄膜的衬底置于装有过量固态硫粉的石英坩埚中,然后送入管式退火炉,将炉内气压抽

至30mTorr,通入氮气至气压为40Torr,在升温速率为10℃/min的条件下加热至温度为500

℃并保温35min,自然冷却至室温;

本实施例Cu3SnS4吸收层的XRD衍射图如图1所示,从图1中可知,横坐标上较突出的竖

直线为标准四方结构Cu3SnS4相衍射图,Cu3SnS4吸收层薄膜主要衍射峰位与标准峰位有很

高的匹配度,存在少量的二元和三元的次生相。

实施例2:一种绑定单靶溅射制备Cu3SnS4吸收层的方法,具体步骤为:

(1)衬底预处理:将钠钙玻璃衬底依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗,清洗完的

衬底使用氮气吹干,放于装有无水乙醇的衬底架上备用,使用时,用氮气将衬底吹干;

(2)将步骤(1)预处理衬底放置到磁控溅射腔室内的样品架上,将绑定纯铜靶的三元铜

锡硫靶材安装于磁控溅射腔室内,调整绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材和溅射腔体内基底之

间的靶基距为85mm;其中绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材为三元铜锡硫靶材通过铟料焊接绑

定在纯铜靶材上,绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材中铜、锡和硫的摩尔比为3:1:4;

(3)调节溅射镀膜仪参数:将溅射室内本底真空度抽至4.0×10-4Pa,设定工作真空度

为0.4Pa,衬底温度为320℃、样品旋转速度为15r/min,工艺气体(氩气)的流量为30sccm;

(4)预溅射除去靶材表面杂质;然后在衬底上采用绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶直流溅

射沉积铜锡硫Cu3SnS4前驱体层薄膜,其中溅射功率为50w,铜锡硫Cu3SnS4前驱体层薄膜厚

度为800nm;

(5)在氮气氛围下,将步骤(4)的铜锡硫Cu3SnS4前驱体层薄膜置于过量硫粉中进行硫

化退火处理得到Cu3SnS4吸收层;其中硫化退火处理的方法为将覆有铜锡硫Cu3SnS4前驱体

层薄膜的衬底置于装有过量固态硫粉的石英坩埚中,然后送入管式退火炉,将炉内气压抽

至45mTorr,通入氮气至气压为45Torr,在升温速率为12℃/min的条件下加热至温度为550

℃并保温30min,自然冷却至室温;

本实施例Cu3SnS4吸收层的XRD衍射图如图2所示,从图2中可知,横坐标上较突出的竖

直线为标准四方结构Cu3SnS4相衍射图,Cu3SnS4吸收层薄膜主要衍射峰位与标准峰位有很

高的匹配度,在Cu3SnS4吸收层薄膜上残留少量的铜硫化合物,XRD中主衍射峰强度高,半波

宽较窄,说明Cu3SnS4吸收层薄膜具有较好的结晶度;

本实施例Cu3SnS4吸收层的SEM图如图3中所示,从图3中可知,Cu3SnS4吸收层膜面晶粒

大小均匀,结晶良好;

本实施例Cu3SnS4吸收层紫外-可见-近红外吸收图谱如图4中所示,从图4中可知,

Cu3SnS4吸收层薄膜在可见光波段有着近乎均匀的光吸收特性,在近红外波段也有较高的光

吸收,良好的光吸收特性有益于薄膜太阳能电池的制备。

实施例3:一种绑定单靶溅射制备Cu3SnS4吸收层的方法,具体步骤为:

(1)衬底预处理:将钠钙玻璃衬底依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗,清洗完的

衬底使用氮气吹干,放于装有无水乙醇的衬底架上备用,使用时,用氮气将衬底吹干;

(2)将步骤(1)预处理衬底放置到磁控溅射腔室内的样品架上,将绑定纯铜靶的三元铜

锡硫靶材安装于磁控溅射腔室内,调整绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材和溅射腔体内基底之

间的靶基距为90mm;其中绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材为三元铜锡硫靶材通过铟料焊接绑

定在纯铜靶材上,绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材中铜、锡和硫的摩尔比为3:1:4;

(3)调节溅射镀膜仪参数:将溅射室内本底真空度抽至6.0×10-4Pa,设定工作真空度

为0.5Pa,衬底温度为320℃、样品旋转速度为20r/min,工艺气体(氩气)的流量为25sccm;

(4)预溅射除去靶材表面杂质;然后在衬底上采用绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶直流溅

射沉积铜锡硫Cu3SnS4前驱体层薄膜,其中溅射功率为50w,铜锡硫(Cu3SnS4)前驱体层薄膜

厚度为810nm;

(5)在氮气氛围下,将步骤(4)的铜锡硫Cu3SnS4前驱体层薄膜置于过量硫粉中进行硫

化退火处理得到Cu3SnS4吸收层;其中硫化退火处理的方法为将覆有铜锡硫Cu3SnS4前驱体

层薄膜的衬底置于装有过量固态硫粉的石英坩埚中,然后送入管式退火炉,将炉内气压抽

至60mTorr,通入氮气至气压为50Torr,在升温速率为15℃/min的条件下加热至温度为600

℃并保温40min,自然冷却至室温;

本实施例Cu3SnS4吸收层的XRD衍射图如图5所示,从图5中可知,横坐标上较突出的竖

直线为标准四方结构Cu3SnS4相衍射图,Cu3SnS4吸收层薄膜主要衍射峰位与标准峰位有很

高的匹配度,并且Cu3SnS4吸收层薄膜非常洁净,无杂峰。

实施例4:一种绑定单靶溅射制备Cu3SnS4吸收层的方法,具体步骤为:

(1)衬底预处理:将钠钙玻璃衬底依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗,清洗完的

衬底使用氮气吹干,放于装有无水乙醇的衬底架上备用,使用时,用氮气将衬底吹干;

(2)将步骤(1)预处理衬底放置到磁控溅射腔室内的样品架上,将绑定纯铜靶的三元铜

锡硫靶材安装于磁控溅射腔室内,调整绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材和溅射腔体内基底之

间的靶基距为80mm;其中绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材为三元铜锡硫靶材通过铟料焊接绑

定在纯铜靶材上,绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材中铜、锡和硫的摩尔比为3:1:4;

(3)调节溅射镀膜仪参数:将溅射室内本底真空度抽至2.0×10-4Pa,设定工作真空度

为0.5Pa,衬底温度为240℃、样品旋转速度为10r/min,工艺气体(氩气)的流量为20sccm;

(4)预溅射除去靶材表面杂质;然后在衬底上采用绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶直流溅

射沉积铜锡硫Cu3SnS4前驱体层薄膜,其中溅射功率为30w,铜锡硫Cu3SnS4前驱体层薄膜厚

度为795nm;

(5)在氮气氛围下,将步骤(4)的铜锡硫Cu3SnS4前驱体层薄膜置于过量硫粉中进行硫

化退火处理得到Cu3SnS4吸收层;其中硫化退火处理的方法为将覆有铜锡硫Cu3SnS4前驱体

层薄膜的衬底置于装有过量固态硫粉的石英坩埚中,然后送入管式退火炉,将炉内气压抽

至30mTorr,通入氮气至气压为45Torr,在升温速率为10℃/min的条件下加热至温度为600

℃并保温40min,自然冷却至室温;

本实施例Cu3SnS4吸收层的XRD衍射图可知,横坐标上较突出的竖直线为标准四方结构

Cu3SnS4相衍射图,Cu3SnS4吸收层薄膜主要衍射峰位与标准峰位有很高的匹配度,在Cu3SnS4

吸收层薄膜上残留少量的铜硫化合物,XRD中主衍射峰强度高,半波宽较窄,说明Cu3SnS4

收层薄膜具有较好的结晶度;

本实施例Cu3SnS4吸收层的SEM图可知,Cu3SnS4吸收层膜面晶粒大小均匀,结晶良好;

本实施例Cu3SnS4吸收层紫外-可见-近红外吸收图谱可知,Cu3SnS4吸收层薄膜在可见

光波段有着近乎均匀的光吸收特性,在近红外波段也有较高的光吸收,良好的光吸收特性

有益于薄膜太阳能电池的制备。

实施例5:一种绑定单靶溅射制备Cu3SnS4吸收层的方法,具体步骤为:

(1)衬底预处理:将钠钙玻璃衬底依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗,清洗完的

衬底使用氮气吹干,放于装有无水乙醇的衬底架上备用,使用时,用氮气将衬底吹干;

(2)将步骤(1)预处理衬底放置到磁控溅射腔室内的样品架上,将绑定纯铜靶的三元铜

锡硫靶材安装于磁控溅射腔室内,调整绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材和溅射腔体内基底之

间的靶基距为85mm;其中绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材为三元铜锡硫靶材通过铟焊接绑定

在纯铜靶材上,绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材中铜、锡和硫的摩尔比为3:1:4;

(3)调节溅射镀膜仪参数:将溅射室内本底真空度抽至2.0×10-4Pa,设定工作真空度

为0.4Pa,衬底温度为160℃、样品旋转速度为15r/min,工艺气体(氩气)的流量为30sccm;

(4)预溅射除去靶材表面杂质;然后在衬底上采用绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶直流溅

射沉积铜锡硫Cu3SnS4前驱体层薄膜,其中溅射功率为50w,铜锡硫Cu3SnS4前驱体层薄膜厚

度为800nm;

(5)在氮气氛围下,将步骤(4)的铜锡硫Cu3SnS4前驱体层薄膜置于过量硫粉中进行硫

化退火处理得到Cu3SnS4吸收层;其中硫化退火处理的方法为将覆有铜锡硫Cu3SnS4前驱体

层薄膜的衬底置于装有过量固态硫粉的石英坩埚中,然后送入管式退火炉,将炉内气压抽

至40mTorr,通入氮气至气压为45Torr,在升温速率为15℃/min的条件下加热至温度为580

℃并保温35min,自然冷却至室温;

本实施例Cu3SnS4吸收层的XRD衍射图可知,横坐标上较突出的竖直线为标准四方结构

Cu3SnS4相衍射图,Cu3SnS4吸收层薄膜主要衍射峰位与标准峰位有很高的匹配度,在Cu3SnS4

吸收层薄膜上残留少量的铜硫化合物,XRD中主衍射峰强度高,半波宽较窄,说明Cu3SnS4

收层薄膜具有较好的结晶度;

本实施例Cu3SnS4吸收层的SEM图可知,Cu3SnS4吸收层膜面晶粒大小均匀,结晶良好;

本实施例Cu3SnS4吸收层紫外-可见-近红外吸收图谱可知,Cu3SnS4吸收层薄膜在可见

光波段有着近乎均匀的光吸收特性,在近红外波段也有较高的光吸收,良好的光吸收特性

有益于薄膜太阳能电池的制备。

实施例6:一种绑定单靶溅射制备Cu3SnS4吸收层的方法,具体步骤为:

(1)衬底预处理:将钠钙玻璃衬底依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗,清洗完的

衬底使用氮气吹干,放于装有无水乙醇的衬底架上备用,使用时,用氮气将衬底吹干;

(2)将步骤(1)预处理衬底放置到磁控溅射腔室内的样品架上,将绑定纯铜靶的三元铜

锡硫靶材安装于磁控溅射腔室内,调整绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材和溅射腔体内基底之

间的靶基距为85mm;其中绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材为三元铜锡硫靶材通过铟焊接绑定

在纯铜靶材上,绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶材中铜、锡和硫的摩尔比为3:1:4;

(3)调节溅射镀膜仪参数:将溅射室内本底真空度抽至2.0×10-4Pa,设定工作真空度

为0.45Pa,衬底温度为80℃、样品旋转速度为20r/min,工艺气体(氩气)的流量为25sccm;

(4)预溅射除去靶材表面杂质;然后在衬底上采用绑定纯铜靶的三元铜锡硫靶直流溅

射沉积铜锡硫Cu3SnS4前驱体层薄膜,其中溅射功率为70w,铜锡硫Cu3SnS4前驱体层薄膜厚

度为810nm;

(5)在氮气氛围下,将步骤(4)的铜锡硫Cu3SnS4前驱体层薄膜置于过量硫粉中进行硫

化退火处理得到Cu3SnS4吸收层;其中硫化退火处理的方法为将覆有铜锡硫Cu3SnS4前驱体

层薄膜的衬底置于装有过量固态硫粉的石英坩埚中,然后送入管式退火炉,将炉内气压抽

至50mTorr,通入氮气至气压为50Torr,在升温速率为12℃/min的条件下加热至温度为580

℃并保温35min,自然冷却至室温;

本实施例Cu3SnS4吸收层的XRD衍射图可知,横坐标上较突出的竖直线为标准四方结构

Cu3SnS4相衍射图,Cu3SnS4吸收层薄膜主要衍射峰位与标准峰位有很高的匹配度,在Cu3SnS4

吸收层薄膜上残留少量的铜硫化合物,XRD中主衍射峰强度高,半波宽较窄,说明Cu3SnS4

收层薄膜具有较好的结晶度;

本实施例Cu3SnS4吸收层的SEM图可知,Cu3SnS4吸收层膜面晶粒大小均匀,结晶...

=>>详细说明书全文请登录检索查看

图1
PatViewer知识产权搜索   专利、商标、地理标志、集成电路
©2018 IPPH.cn  主办单位:国家知识产权局知识产权出版社  咨询热线:01082000860-8588
浏览器:火狐、谷歌、opera、ie9及以上等  京ICP备09007110号 京公网安备 11010802026659号 开放平台