一種用醋酸鋅制備硫化鋅光電薄膜的方法
【專利說明】一種用醋酸鋅制備硫化鋅光電薄膜的方法
[0001]
技術領域
[0002]本發明屬于太陽能電池用薄膜制備技術領域，尤其涉及一種用醋酸鋅制備硫化鋅光電薄膜的方法。
[0003]
【背景技術】
[0004]隨著社會和經濟的發展，我國能源消費總量劇增，能源危機及傳統能源對環境造成的污日趨嚴重，因此開發利用清潔環保能源成為人類面臨的重大課題。為了更充分地利用太陽能這種清潔、安全和環保的可再生資源，近年來太陽能電池材料的研究和發展日益受到重視。
[0005]在薄膜光伏材料中，ZnS是I1-VI族化合物半導體，具有閃鋅礦晶體結構，直接躍迀型能帶結構，ZnS具有禁帶寬(3.5?3.7eV)的優點，其對太陽光基本不吸收，這樣可以使更多的高能量光子被傳送到電極上，提高電池光電轉換效率。此外，ZnS不僅對人體無毒無害，而且ZnS薄膜在窗口層和吸收層之間起結構緩沖、減小晶格適配度的作用，還能與吸收層結合好，電池轉換效率高，在所有太能電池緩沖層材料中，無毒無害ZnS是有毒的CdS的理想替代者。因此，ZnS薄膜的制備和特性研究必將對太陽能電器件的發展應用起到積極的推動作用。
[0006]目前，硫化鋅多晶制備技術很多，從合成反應類型上可分為濕法和干法;從合成的技術特點上可分為化學氣相沉積法、氣相反應法、液相合成法、元素直接反應法、化學浴沉積法、電化學沉積法、分子束外延法和光化學沉積法等。
[0007]如前面所述方法一樣，其它方法也有不同的缺陷。與本發明相關的還有如下文獻
[1]QiL, Mao G, Ao J, Chemical bath-deposited ZnS thin films: preparat1nand characterizat1n, Applied Surface Science 254 (2008) 5711-5714.主要描述了利用化學水浴沉積的方法制備ZnS薄膜，研究了薄膜厚度和退火溫度對其光學性能、晶體的帶隙能量和晶粒大小的影響。
[2]BahloulA, Nessark B, Chelali NE, Groult H, Mauger A, Julien CM, Newcomposite cathode material for Zn/Mn02 cells obtained by electro-deposit1nof polybith1phene on manganese d1xide particles.Solid State 1nics 204—205(2011) 53-60.主要描述了用磁控濺射的方法制備ZnS薄膜，并對其形貌組織進行了表征。
[0008][3]Cui J, Zeng X， Zhou M, Hu C， Zhang W, Lu J, Tunable blue andorange emiss1ns of ZnS:Mn thin films deposited on GaN substrates by pulsedlaser deposit1n, Journal of Luminescence 147 (2014) 310-5. 主要描述了用噴霧熱解法制備ZnS薄膜，該薄膜為多晶的、有方向性的和高光傳輸性，并研究了其發光性和電致發光性。
[0009][ 4 ] Lime i Zhou , Nan Tang , Sumei Wu , Influence of deposit1ntemperature on ZnS thin film performance with chemical bath deposit1n,Surface & Coatings Technology 228 (2013) S146-S149.主要描述了通過化學浴沉積的方法制備ZnS薄膜，主要研究的是在不同的溫度(75°C、80°C、85°C、90°C、95°C)對薄膜的厚度，微觀表面形貌，結構和透射率的影響。
[0010][5]Zhao Yang Zhong, Eou Sik Cho, Sang Jik Kwon, Characterizat1n ofthe ZnS thin film buffer layer for Cu(In, Ga)Se2 solar cells deposited bychemical bath deposit1n process with different solut1n concentrat1ns,Materials Chemistry and Physics 135 (2012) 287-292.主要描述了用化學水浴的方法制備太陽能薄膜Cu(In，Ga)Se2的緩沖層ZnS薄膜，并研究了反應物質的濃度對薄膜的厚度、透明度和微觀表面形貌的影響。
[0011 ] [6]Gayou VL, Salazar-Hernandez B, Constantino ME, Andres ER, Diaz T,
Macuil RD, Structural studies of ZnS thin films grown on GaAs by RF magnetron
sputtering, Vacuum, 84 (2010) 1191-4.主要描述了通過脈沖激光法在GaAs上制備ZnS薄膜，并研究了其組織結構。
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【發明內容】
[0013]本發明為了解決現有制備硫化鋅光電薄膜存在的問題，發明了一種用醋酸鋅制備硫化鋅光電薄膜的方法。
[0014]本發明采用電沉積后硫化法制備硫化鋅薄膜，采用二氧化錫導電玻璃為基片，以Zn(CH3COO)2、Na2S203.5H20為原料，以C6H5Na3O7.2H20為絡合劑，以蒸餾水為溶劑，按固定摩爾比配制電沉積溶液，先采用晶體管恒電位儀在一定電位和時間下制備前驅體薄膜，以水合聯氨為還原劑，在水合聯氨中加入升華硫粉保證硫氣氛，在密閉管式爐內加熱，使前驅體薄膜硫化并得到目標產物。
[0015]本發明的具體制備方法包括如下順序的步驟:
a.進行二氧化錫導電玻璃基片的清洗，將大小為20_ X 20_的玻璃基片放入體積比丙酮:蒸餾水=5: I的溶液中，超聲波清洗30min;再將基片放入乙醇中，超聲波清洗30min;再在蒸餾水中將玻璃基片用超聲振蕩30min;將上述得到的玻璃基片排放在玻璃皿中送入烘箱中，在100°C下烘干供制膜用。
[0016]b.將C6H5Na3O7.2H20、Zn(CH3C00)2、Na2S203.5H20放入蒸餾水中，獲得均勻穩定的電沉積溶液。具體地說，可以將I.0?2.0份C6H5Na3O7.2H20、4.5?9.0份Zn(CH3COO)2、65.0?130.0份Na2S2O3.5H20放入2700.0?5400.0份的蒸餾水中，使溶液中的物質溶解。
[0017]c.將步驟b所述電沉積溶液倒入三電極裝置中，以飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為輔助電極，二氧化錫導電玻璃為研究電極，采用晶體管恒電位儀在沉積電位為2V下常溫沉積薄膜，沉積時間為30min，得到前驅體薄膜樣品。
[0018]d.將步驟c所得前驅體薄膜樣品置于支架上，在水合聯氨中加入升華硫粉，前驅體薄膜樣品不與水合聯氨接觸，將前驅體薄膜和水合聯氨放入管式爐中。水合聯氨放入為40.0?50.0份，升華硫粉為1.0?2.0份。將管式爐加熱至250?400°C之間，保溫時間3?9h，然后冷卻到室溫取出。
[0019]e.將步驟d所得物，使其常溫自然干燥后，即得到硫化鋅薄膜。
[0020]本發明不需要高真空條件，對儀器設備要求低，生產成本低，生產效率高，易于操作。所得硫化鋅光電薄膜有較好的連續性和均勻性，主相為ZnS相，可以實現低成本大規模的工業化生產。
[0021]
【附圖說明】
[0022]無
【具體實施方式】
[0023]實施例1
a.二氧化錫導電玻璃基片的清洗:如前所述進行清洗玻璃基片，基片大小為20mm X20mm ο
[0024]b.將1.(H^C6H5Na3O7.2H20、4.5份Zn(CH3COO)2、65.0份Na2S2O3.5H20放入2700.0份的蒸餾水中，使溶液中的物質溶解。
[0025]c.將上述電沉積溶液倒入三電極裝置中，以飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為輔助電極，二氧化錫導電玻璃為研究電極，采用晶體管恒電位儀在沉積電位為2V下常溫沉積薄膜，沉積時間為30min，得到前驅體薄膜樣品。
[0026]d.將前驅體薄膜樣品置于支架上，在水合聯氨中加入升華硫粉，前驅體薄膜樣品不與水合聯氨接觸，將前驅體薄膜和水合聯氨放入管式爐中。水合聯氨放入為40.0份，升華硫粉為1.0份。將管式爐加熱至400°C，保溫時間3h，然后冷卻到室溫取出。
[0027]e.將步驟d所得物，進行常溫自然干燥，得到硫化鋅光電薄膜。
【主權項】
1.一種用醋酸鋅制備硫化鋅光電薄膜的方法，包括如下順序的步驟: a.二氧化錫導電玻璃基片的清洗； b.將1.0?2.0份C6H5Na3O7.2H20、4.5?9.0份Zn(CH3⑶0)2、65.0?130.0份Na2S2O3.5H20放入2700.0?5400.0份的蒸餾水中，使溶液中的物質溶解； c.采用電沉積法將步驟b所述溶液在導電玻璃片上沉積得到前驅體薄膜，自然干燥，得到前驅體薄膜樣品； d.將步驟C所得前驅體薄膜樣品置于支架上，在水合聯氨中加入升華硫粉，前驅體薄膜樣品不與水合聯氨接觸，將前驅體薄膜和水合聯氨放入管式爐中；將管式爐加熱至250?400°C之間，保溫時間3?9h，然后冷卻到室溫取出； e.將步驟d所得物，進行自然干燥，得到硫化鋅薄膜。2.如權利要求1所述的一種用醋酸鋅制備硫化鋅光電薄膜的方法，其特征在于，步驟a所述清洗，是將導電玻璃基片大小為20mm X 20mm，放入體積比丙酮:蒸餾水=5: I的溶液中，超聲波清洗30min;再將基片放入乙醇中，超聲波清洗30min;再在蒸餾水中將玻璃基片用超聲振蕩30min;將上述得到的玻璃基片排放在玻璃皿中送入烘箱中，在100°C下烘干供制膜用。3.如權利要求1所述的一種用醋酸鋅制備硫化鋅光電薄膜的方法，其特征在于，步驟c所述，是將溶液加入三電極裝置中，以飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為輔助電極，二氧化錫導電玻璃為研究電極，采用晶體管恒電位儀在沉積電位為2V下常溫沉積薄膜，沉積時間為30min，自然干燥得到前驅體薄膜樣品。4.如權利要求1所述的一種用醋酸鋅制備硫化鋅光電薄膜的方法，其特征在于，步驟d所述管式爐內放入40.0?50.0份水合聯氨、1.0?2.0份升華硫粉。
【專利摘要】一種用醋酸鋅制備硫化鋅光電薄膜的方法，屬于太陽能電池用薄膜制備技術領域，本發明通過如下步驟得到，首先清洗二氧化錫導電玻璃基片，然后將C6H5Na3O7·2H2O、Zn(CH3COO)2、Na2S2O3·5H2O放入蒸餾水中，用電沉積法在導電玻璃片上得到前驅體薄膜，自然干燥，放入加有水合聯氨的管式爐中，使前驅體薄膜樣品不與水合聯氨接觸，其中水合聯氨中加有升華硫粉，在密閉管式爐內加熱，使前驅體薄膜硫化，最后取出樣品進行干燥，得到硫化鋅光電薄膜。本發明不需要高真空條件，對儀器設備要求低，生產成本低，生產效率高，易于操作。所得硫化鋅光電薄膜有較好的連續性和均勻性，主相為ZnS相，可以實現低成本大規模的工業化生產。
【IPC分類】C25D9/04, H01L21/02, H01L31/18
【公開號】CN105551935
【申請號】CN201510943155
【發明人】李靜, 劉科高, 許超, 徐勇, 石磊
【申請人】山東建筑大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月16日