一種制備Cu摻雜硫化銦薄膜的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于材料制備技術領域，具體設及一種制備化滲雜硫化銅薄膜的方法。
【背景技術】
[0002] 一般銅鋒錫硫（化2化SnS4,簡稱CZTS)薄膜太陽能電池結構為：介質/底電極/吸 收層（CZTS) /緩沖層/透明導電層/上電極，其中緩沖層主要用來降低透明導電層與吸收 層之間的能帶不連續現象，一般會使用高透光率，電阻率在5.0~120Q.cm的材料。現在的 太陽能電池主要是使用CdS作為緩沖層，但CdS是一種有毒性的材料，不適合持續發展，故 需要發展一種無毒、環保的材料來代替。硫化銅（InzSs)是一種無毒、禁帶寬度在2. 0~3. 7eV 的半導體材料，是一種較為理想的替代CdS作為CZTS薄膜太陽能電池緩沖層的新型材料。 [000引但由于InzS攜膜電阻率較高OlO2Q.cm),不利于提高薄膜太陽電池的轉換效 率。針對運個問題，本發明采用真空熱蒸發的方法對硫化銅薄膜進行化滲雜，W此來降低 其電阻率，而通過真空熱蒸發法對硫化銅薄膜進行化滲雜目前還沒有相關的報道。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種制備化滲雜硫化銅薄膜的方法，其采用真空熱蒸發 法制備化滲雜硫化銅薄膜，并通過控制滲入化的量，W不同程度降低薄膜的電阻率。
[0005] 為實現上述目的，本發明采用如下技術方案： 一種制備化滲雜硫化銅薄膜的方法，其具體包括W下步驟： 步驟1):對透明玻璃片進行清潔處理，即將玻璃片依次在去離子水、丙酬和乙醇中進行 超聲處理，然后取出，置于高溫干燥箱中烘干； 步驟2):將步驟1)所得烘干的玻璃片置于真空蒸發爐的樣品架上，然后放進蒸發腔 內；將硫化銅粉末置于蒸發舟中，再放進蒸發腔內；將蒸發腔抽真空至所需真空度后，緩慢 加電流對蒸發舟進行加熱，直至蒸發舟內的硫化銅粉末蒸發完，此時電流為140A，然后停止 蒸發； 步驟3):將化顆粒在鹽酸中清洗，然后在去離子水中洗凈，再于乙醇溶液中超聲處理 后，取出，迅速風干，然后放置于蒸發舟內；打開蒸發腔，將放有化顆粒的蒸發舟放入蒸發 腔內，將蒸發腔抽真空至所需真空度后，緩慢加電流對蒸發舟進行加熱，當電流加到IlOA 時，保持電流直到化顆粒全部蒸發完后停止蒸發； 步驟4):再取硫化銅粉末置于蒸發舟中，然后打開蒸發腔，將裝有硫化銅粉末的蒸發舟 放入蒸發腔內，抽真空至所需真空度后，緩慢加電流對蒸發舟進行加熱，直至蒸發舟內的硫 化銅粉末蒸發完后停止蒸發； 步驟5):將步驟4)制得的樣品放在石英舟上，再放入石英管中，通入惰性氣體，然后在 管式爐里將樣品在惰性氣體的保護下進行熱退火處理； 步驟6):退火結束之后，取出石英管，繼續通入惰性氣體直到石英管降為室溫，然后將 樣品取出，即得所述化滲雜的硫化銅薄膜。
[0006] 步驟I)所述超聲處理的時間均為15分鐘；所述烘干的溫度為100°C，烘干時間為 25-40分鐘。
[0007] 步驟2)或步驟4)中經蒸發得到厚度為70nm的硫化銅薄膜；其加電流對蒸發舟進 行加熱的速率為IOA/分鐘。
[0008] 步驟3)中經蒸發得到厚度為5nm或Snm的化膜；其加電流對蒸發舟進行加熱的 速率為20A/分鐘。
[0009] 步驟2)-步驟4)所述蒸發舟為鋼舟；抽真空時，將蒸發腔內抽至真空度為 1. OXlO 3帕。
[0010] 步驟5)中通入的惰性氣體為氣氣；熱退火處理前的通氣時間為25-40分鐘；熱退 火處理的溫度為300°C，處理時間為1小時。
[0011] 所述方法制備的化滲雜硫化銅薄膜可用于制備銅鋒錫硫薄膜太陽能電池的緩沖 層。
[0012] 本發明采用真空蒸發法，在兩層硫化銅薄膜之間蒸發一層很薄的化，然后通過熱 退火使得化擴散到硫化銅薄膜中，達到制備化滲雜硫化銅薄膜的目的，所制得的化滲雜 硫化銅薄膜純度高、制備方便、適合進行大規模生產。
[0013] 與現有技術相比，本發明制得的具有S層結構的化滲雜硫化銅薄膜（即化夾在兩 層相同厚度的硫化銅薄膜之間）比傳統的兩層結構（化沉積在一層硫化銅薄膜之上)更容易 實現均勻滲雜。采用運種方法可W通過控制蒸發的化的量來調控滲雜濃度，從而調控硫化 銅薄膜的電阻率，實現不同程度降低薄膜電阻率的目的。
【附圖說明】
[0014] 圖1為化滲雜濃度(原子百分比濃度）分別為7at. %和10at. %的硫化銅薄膜 的X射線光電子能譜（XPS)。
[0015] 圖2為化滲雜濃度（原子百分比濃度）分別為0at. %、7at. %和10at. %的硫化 銅薄膜的X射線衍射圖譜（XRD)。
[0016] 圖3為Cu滲雜濃度(原子百分比濃度)分別為0at. % (a)、7at. % (b)和10at. % (C)的硫化銅薄膜的拉曼光譜。
[0017] 圖4為Cu滲雜濃度(原子百分比濃度)分別為0at. % (a)、7at. % (b)和10at. % (C)的硫化銅薄膜的掃描電鏡圖（SEM)。 陽01引 圖5為化滲雜濃度(原子百分比濃度)分別為0at. %、7at. %和10at. %的硫化 銅薄膜的透射光譜。
[0019] 圖6為化滲雜濃度(原子百分比濃度)分別為0at. %、7at. %和10at. %的楠圓 偏振光譜（SE)。
[0020] 圖7為化滲雜濃度(原子百分比濃度)分別為0at. %、7at. %和10at. %的光學 常數(n、k)曲線。
[0021] 圖8為化滲雜濃度(原子百分比濃度）分別為0at. %、7at. %和10at. %的禁帶 寬度。
【具體實施方式】
[0022] 一種制備化滲雜硫化銅薄膜的方法，其具體包括W下步驟： 步驟1):對透明玻璃片進行清潔處理，即將玻璃片依次在去離子水、丙酬和乙醇中各超 聲處理15分鐘，然后取出，置于100°C高溫干燥箱中烘干25-40分鐘； 步驟2):將步驟1)所得烘干的玻璃片置于真空蒸發爐的樣品架上，然后放進蒸發腔 內；將硫化銅粉末置于蒸發舟中，再放進蒸發腔內；將蒸發腔抽真空至1.OX10 3帕后，按 IOA/分鐘的速率緩慢加電流對蒸發舟進行加熱，當電流加到約90A時，蒸發舟上的硫化銅 粉末開始蒸發到玻璃片上，繼續緩慢加電流，直至蒸發舟內的硫化銅粉末蒸發完，此時電流 為140A，然后停止蒸發，得到厚度為70nm的硫化銅薄膜； 步驟3):將化顆粒在鹽酸中清洗，然后在去離子水中洗凈，再于乙醇溶液中超聲處理 后，取出，迅速風干，然后放置于蒸發舟內；打開蒸發腔，將放有化顆粒的蒸發舟放入蒸發 腔內，將蒸發腔抽真空至1.OX103帕后，按20A/分鐘的速率緩慢加電流對蒸發舟進行加 熱，當電流加到IOOA時，蒸發舟上的Cu顆粒融化開始蒸發到玻璃片上，當電流加到IlOA 時，保持IlOA電流直到化顆粒全部蒸發完后停止蒸發，得到厚度為5nm或Snm的化膜； 步驟4):再取硫化銅粉末置于蒸發舟中，然后打開蒸發腔，將裝有硫化銅粉末的蒸發舟 放入蒸發腔內，抽真空至1. 0X103帕后，按IOA/分鐘的速率緩慢加電流對蒸發舟進行加 熱，當電流加到約90A時，蒸發舟上的硫化銅粉末開始蒸發到玻璃片上，繼續緩慢加電流， 直至蒸發舟內的硫化銅粉末蒸發完后停止蒸發，得到厚度為70nm的硫化銅薄膜； 步驟5):將步驟4)制得的樣品放在石英舟上，再放入石英管中，通入氣氣25-40分鐘， 然后在管式爐里，將樣品在于300°C、氣氣保護下熱退火處理1小時； 步驟6):退火結束之后，取出石英管，繼續通入氣氣直到石英管降為室溫，然后將樣品 取出，即得所述Cu滲雜的硫化銅薄膜。
[0023] 所用蒸發舟為鋼舟。
[0024] 為了使本發明所述的內容更加便于理解，下面結合【具體實施方式】對本發明所述的 技術方案做進一步的說明，但是本發明不僅限于此。 陽〇2引實施例1 一種制備化滲雜硫化銅薄膜的方法，其具體包括W下步驟： 步驟1):對透明玻璃片