一种大面积硫化镉薄膜的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及薄膜太阳电池技术领域，特别是在W铜铜嫁砸为吸收层的薄膜太阳电 池领域中硫化簡薄膜作为关键一层作为缓冲层可W调节带隙梯度和作为n型半导体材料。
【背景技术】
[0002] 硫化簡（Cd巧是一种极具研究潜力且利用形式广阔的半导体材料，其制备方便， 性价比高并且适合大规模的生产。另外硫化簡还拥有多种利用形式。它可被制成如原子团 簇、纳米颗粒等零维材料，可W用来制备多种量子器件；可被制备成如纳米线、纳米椿、纳米 花、纳米带、纳米空屯、球等一维纳米材料，可应用于纳米线激光器、逻辑口计算电路、纳米线 传感器、P-N节二极管和变极器等；还可被制备成如超晶格、多层膜和超薄膜等的二维纳米 材料，主要用来作为光电导器件、窗口材料等。此外，硫化簡还可应用于储存器、光化学催 化、电极材料、高分辨显示器、图像传感器、光敏传感器及利用热红外透明性作为颜料渗杂 的特殊吸波涂料等。硫化簡半导体材料在能源、催化、电子、医疗、国防、工业控制、机器人技 术及生物技术等领域有广阔的应用前景。
[0003] 无论在铜铜嫁砸（CIG巧还是蹄化簡（CdTe)电池，硫化簡都是非常关键的一层。在 蹄化簡电池中硫化簡作为n型半导体材料，在CIGS薄膜太阳电池中硫化簡作为缓冲层介于 铜铜嫁砸和氧化锋狂nO)之间的关键层，一方面作为n型半导体材料，另一方面可W调节铜 铜嫁砸和氧化锋带隙梯度。为了制备透明的和高电阻率的硫化簡薄膜，研制出很多种方法 制备获得。如化学气相沉积（CVD)，电锻，射频磁控瓣射，化学水浴法。
[0004] 目前水浴法制备硫化簡被认为是最具前景的。其反应包含两个部分；1.孤立离子 之间发生化学反应。2.反应生成的分子团聚集过程。
[0005] 在铜铜嫁砸太阳电池和铜锋砸硫太阳电池中硫化簡薄膜都是非常关键的一层。而 制备无针孔的硫化簡薄膜一般使用化学水浴（CBD)法，所制备的薄膜与铜铜嫁砸晶格失配 较小。在用化学水浴法制备硫化簡薄膜有使用缓冲剂的低氨的方法，也有不使用缓冲剂的 高氨的方法。而氨水使用过多容易造成环境污染和资源浪费。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，为克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于铜铜嫁砸衬底上用低 氨法制备方案，首先用去离子水清洗铜铜嫁砸衬底表面然后在其表面沉积一层硫化簡薄 膜，最后可W在上面制备氧化锋和本征氧化锋，最后制备镶侣电极得到电池组件。此种用化 学水浴法低氨条件下制备的硫化簡薄膜结晶质量好，缺陷少并且致密无针孔，透过率高。
[0007] 本发明的技术方案；
[000引一种基于铜铜嫁砸衬底的薄膜太阳电池薄膜吸收层的制备步骤如下；首先要制备 在玻璃衬底上制备Mo电极然后制备CIGS薄膜
[0009] 钢背接触层的制备
[0010] 在直流磁控瓣射沉积系统的沉积室中，W纯度为99. 99 %的Mo为祀材，采用 射频磁控瓣射制备系统在衬底表面分别沉积一层高阻和低阻的钢薄膜。①本底真空： 3. 0-3. 2X1〇-中3,工作气压为0. 5-lPa，衬底温度为室温25-30°C，射频功率为500-600W，Ar 气流量为35-40sccm，基祀行走速度为4mm/s，沉积时间（基祀的往复次数）为2次。②工 作气压为0.IPa，衬底温度为室温25°C，射频功率为1500W，Ar气流量为15sccm，基祀行走 速度为4mm/s，沉积时间（基祀的往复次数）为6次。
[0011] CIGS薄膜的制备步骤如下：
[0012] 1)本底真空为4.4X10-中a,衬底温度为400°C，共蒸发In、Ga、Se预置层约为 5min，其中In蒸发源温度为850-900°C，Ga蒸发源温度为880-920°C，Se蒸发源温度为 450-500°C，蒸发时间为 15-20min。
[001引 2)衬底温度为500-550°C，共蒸发化、Se，其中化蒸发源温度为1140-1160°C，Se蒸发源温度为240-280°C，蒸发时间为20-30min;
[0014] 3)衬底温度保持第二步中的温度不变，共蒸发In、Ga、Se，其中In蒸发源温度为 850-900°C，Ga蒸发源温度为880-920°C，Se蒸发源温度为240-280°C，蒸发时间为2-4min， 得到稍微贫化的铜铜嫁砸P型黄铜矿结构，控制化/ (In+Ga)比例在0. 88-0. 92。
[0015] 4)将衬底冷却，当蒸发Se的同时将衬底冷却到第一步时的衬底温度时，关闭Se蒸 发源，再将衬底冷却到室温。
[0016] 使用化学水浴法低氨条件下制备大面积硫化簡缓冲层的制备步骤如下：
[0017] (1)配液，使用醋酸簡为簡盐，醋酸锭为缓冲剂，硫脈为硫源，配成溶液： (C册COO)2Cd为了配成0. 05M取药品量为26. 652g溶于化去离子水配成溶液，CH3COONH4为 了配成0. 15M取药品23. 124g加入去离子水配成化溶液。
[001引 SC(畑2)2为配成0. 5M取药品23. 124g加入化溶液的醋酸锭溶液当中。将化的 (C册COO)2Cd溶液标志成1号液，将CH3COONH4和SC(畑2)2的混合型化溶液标志成2号液。
[0019] (2)配比试剂；1号液每次用25-30血，2号液每次用30-35血放入一个化的烧杯 中，加入去离子水稀释成1.化，氨水是使用畑3质量比重为28% -30 %的氨水，NH4OH量为 4-6滴，约为化99*l〇-3mol/L)，揽拌5min然后放入已经达到设定温度75-80°C的水浴锅中。
[0020] (3)生长沉积；然后将CIGS衬底裁成lOcmX10cm的样品放入溶液中。放置方式 为使用银齿支架垂直立于溶液中（如附图1所示样品放置方向）。为了保证薄膜生长均匀 不出现温度梯度（如附图2和3所示）造成的薄膜生长不均匀，需要加入转子适当的揽拌， 然而转子转速不能太快W免影响锻膜质量，同时也不能太慢W免造成温度梯度不均匀，所 W在1.化溶液中磁力转子转速设定为140-145转/分钟（r/min)沉积10-15min会看到溶 液由透明变为澄黄色，此时关掉磁力转子开始计时30-35min。
[0021] (4)样品后期清洗；计时到30-35min后取出样品，并且用去离子水冲洗，然而由于 所制备的硫化簡是包含同质反应和异质反应竞争反应所制备的薄膜，由于表面有少量沉淀 会影响薄膜质量，所W应当放入化烧杯中加入1.化去离子水使用超声波清洗，超声波频率 为20-2甜Z，超声波清洗20-25min后取出样品，使用氮气吹干。
[0022] 在使用C抓法制备CdS薄膜时，尤其使用小面积铜铜嫁砸薄膜作为衬底时在低氨 条件下制备Cds薄膜，随着药品的纯度和质量的变化往往导致原有的配方下无法达到W前 预期的制备薄膜效果，所W找到一种高效率的制备致密无针孔的CdS薄膜的配方是非常必 要。<