一种二硫化锡/三硫化二锡/硫化亚锡异质结薄膜的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种二硫化锡/三硫化二锡/硫化亚锡异质结薄膜的制备方法，先用磁控溅射仪在FTO导电玻璃上溅射不同厚度的Sn，称取不同量的硫粉，在管式炉中硫化得到SnS2，用无水乙醇、蒸馏水各洗涤3次，真空干燥。再用磁控溅射仪上在SnS2导电玻璃上溅射Sn，放在管式炉中真空烧结，得到目标产物。本法用磁控溅射的方法得到致密的Sn，在真空下烧结通过固相反应得到目标产物。本方法操作简单，对环境无污染，反应周期短，形成致密的薄膜。
【专利说明】
一种二硫化锡/三硫化二锡/硫化亚锡异质结薄膜的制备方法
技术领域
[0001]本发明属于半导体光电转换材料及无机太阳能电池领域，主要涉及一种可用于无机太阳能电池的二硫化锡/三硫化二锡/硫化亚锡异质结薄膜的制备方法。
[0002]【背景技术】:近些年来，随着化石能源及不可再生能源的日益枯竭，世界正陷入一场能源危机，各国正在积极寻找可再生能源来替代化石能源。科学家们在寻找各种新的能源加以利用，其中以对太阳能的研究最为广泛，因为太阳能取之不尽、用之不竭，是新能源的首选材料，在太阳能的利用形式中尤其以太阳能电池的研究和应用受到了各国研究人员的极大关注。近年来，无机纳米晶异质结薄膜太阳能电池引起了研究者的广泛兴趣。而锡硫化物是一种廉价、 无污染的半导体材料，且硫、锡元素含量丰富，受到国内外学者的广泛关注。311&是1!型半导体材料，能带带隙是2.44 eV，能够很好的吸收太阳能；SnS是p型半导体材料，能带带隙为 1.3 eV，Sn2S3能带带隙为1.09 eV，与太阳光有很好的光谱匹配。目前有很多方法制备异质结薄膜，主要有化学气相沉积法、低温硫化法、水热法、喷雾热解法、连续离子层吸附反应法等方法，这些方法所需设备简单易操作、易成膜、厚度可控，但不易获得结晶性良好的产物且产物形貌较难控制，所得样品与基底的结合不牢固。另外，湿化学法制备过程中会用到一些有机配体或表面活性剂，其在产物中很难完全除去，会对所得薄膜组装的电池器件的光电性能产生很大的影响。
【发明内容】
[0003]为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种采用磁控溅射的方法在导电玻璃FT0基底上得到致密的金属锡薄膜，并通过在硫气氛的管式炉硫化的方法得到SnS2薄膜，再溅射一层金属锡薄膜，然后在管式炉中真空烧结得到SnS/Sn2S3/SnS2异质结薄膜，操作简单，能够获得较致密连续的异质结薄膜。
[0004]本发明的目的是这样实现的:一种二硫化锡/三硫化二锡/硫化亚锡异质结薄膜的制备方法，通过在硫气氛的管式炉对采用磁控溅射的方法在导电玻璃FT0基底上得到的金属锡薄膜进行硫化的方法得到SnS2 薄膜，再溅射一层锡薄膜，然后在管式炉中真空烧结得到SnS/Sn2S3/SnS2异质结薄膜，薄膜形貌均匀且致密。
[0005]1)、用磁控溅射仪在洗涤干净的FT0玻璃上分别溅射50nm、100nm、150nm、200 nm的金属锡薄膜；2)、分别称取0 ? 2g、0 ? 5g、0 ? 8g、1 ? 0g的硫粉，分别称取0 ? 2g的硫粉与50nm、1 OOnm、 150nm、200 nm的金属锡在管式炉中温度设置为300 °C，lh; 350 °C，3h; 400 °C，4h; 450 °C，2h; 同理，分别称取0? 5g的硫粉与50nm、100nm、150nm、200 nm的金属锡在管式炉中温度设置为 350°(:，211;300°(:，411;450°(:，311;400°(:，111;分别称取0.88的硫粉与5011111、10011111、15011111、200 nm的金属锡在管式炉中温度设置为400 °C，3h; 450 °C，lh; 300 °C，2h; 350 °C，4h;分别称取 l.〇g的硫粉与50腦、10011111、15011111、200 11111的金属锡在管式炉中温度设置为450°(:，411;400°C，2h;350°C，lh;300°C，3h。将得到的产物用蒸馏水、无水乙醇各洗涤3次，真空干燥；3)、将上述得到的产物分别溅射按照步骤2)中对应厚度的金属锡薄膜，然后放在管式炉中按照步骤2)中对应的温度、时间真空烧结得到目标产物。
[0006]利用磁控溅射在FT0导电玻璃基地上得到致密的金属锡薄膜，再利用硫气氛炉硫化反应获得二硫化锡薄膜；在二硫化锡薄膜上溅射一层金属锡薄膜，并在管式炉中真空烧结，通过固相反应得到目标产物；所述磁控溅射金属锡薄膜的厚度为50?200nm，这个厚度主要是为了得到致密均匀的薄膜，在这个厚度下得到的产物可以满足各种检测的需求；所述硫化气氛的温度为300?500 °C，在这个反应温度下得到的产物可以满足各种检测的需求。
[0007]积极有益效果:1、制备方法简单，时间短。用磁控溅射的方法得到致密的金属锡薄膜，在管式炉中硫化和真空烧结就可得到SnS/Sn2S3/SnS2异质结薄膜。
[0008]2、价格低廉，避免环境污染。锡、硫两种元素地球含量丰富，无毒且价格便宜，属于环境友好型反应。【具体实施方式】
[0009]下面通过实施例对本发明做进一步的说明:一种二硫化锡/三硫化二锡/硫化亚锡异质结薄膜的制备方法，通过在硫气氛的管式炉对采用磁控溅射的方法在导电玻璃FT0基底上得到的金属锡薄膜进行硫化的方法得到SnS2 薄膜，再溅射一层锡薄膜，然后在管式炉中真空烧结得到SnS/Sn2S3/SnS2异质结薄膜，薄膜形貌均匀且致密。
[0010]1)、用磁控溅射仪在洗涤干净的FT0玻璃上分别溅射50nm、100nm、150nm、200 nm的金属锡薄膜；2)、分别称取0 ? 2g、0 ? 5g、0 ? 8g、1 ? 0g的硫粉，分别称取0 ? 2g的硫粉与50nm、1 OOnm、 150nm、200 nm的金属锡在管式炉中温度设置为300 °C，lh; 350 °C，3h; 400 °C，4h; 450 °C，2h; 同理，分别称取0? 5g的硫粉与50nm、100nm、150nm、200 nm的金属锡在管式炉中温度设置为 350°(:，211;300°(:，411;450°(:，311;400°(:，111;分别称取0.88的硫粉与5011111、10011111、15011111、200 nm的金属锡在管式炉中温度设置为400 °C，3h; 450 °C，lh; 300 °C，2h; 350 °C，4h;分别称取 l.〇g的硫粉与50腦、10011111、15011111、200 11111的金属锡在管式炉中温度设置为450°(:，411;400 °C，2h;350°C，lh;300°C，3h。将得到的产物用蒸馏水、无水乙醇各洗涤3次，真空干燥；3)、将上述得到的产物分别溅射按照步骤2)中对应厚度的金属锡薄膜，然后放在管式炉中按照步骤2)中对应的温度、时间真空烧结得到目标产物。
[0011]利用磁控溅射在FT0导电玻璃基地上得到致密的金属锡薄膜，再利用硫气氛炉硫化反应获得二硫化锡薄膜；在二硫化锡薄膜上溅射一层金属锡薄膜，并在管式炉中真空烧结，通过固相反应得到目标产物；所述磁控溅射金属锡薄膜的厚度为50?200nm，这个厚度主要是为了得到致密均匀的薄膜，在这个厚度下得到的产物可以满足各种检测的需求；所述硫化气氛的温度为300?500 °C，在这个反应温度下得到的产物可以满足各种检测的需求。[0〇12] 实施例11、首先用磁控溅射仪在洗涤干净的FTO玻璃上溅射100 nm厚度的金属锡薄膜；2、称取0.5 g的升华硫粉放在瓷舟中，与100 nm厚度的金属锡薄膜在管式炉中温度设置为350°C，反应3小时；3、将上述得到的硫化薄膜，再磁控溅射100 nm厚度的金属锡薄膜，然后放在管式炉中在350°C下真空烧结3小时得到目标产物薄膜。
[0013]实施例21、首先用磁控溅射仪在洗涤干净的FT0玻璃上溅射150 nm厚度的金属锡薄膜；2、称取0.8 g的升华硫粉放在瓷舟中，与150 nm厚度的金属锡薄膜在管式炉中温度设置为450 °C，反应3小时；3、将上述得到的硫化薄膜，再磁控溅射150 nm厚度的金属锡薄膜，然后放在管式炉中在450°C下真空烧结3小时得到目标产物薄膜。
[0014]实施例31、首先用磁控溅射仪在洗涤干净的FT0玻璃上溅射50 nm厚度的金属锡薄膜；2、称取0.5 g的升华硫粉放在瓷舟中，与50 nm厚度的金属锡薄膜在管式炉中温度设置为400 °C，反应2小时；3、将上述得到的硫化薄膜，再磁控溅射50 nm厚度的金属锡薄膜，然后放在管式炉中在 400°C下真空烧结2小时得到目标产物薄膜。[〇〇15]本发明主要是通过气固反应制备SnS/Sn2S3/SnS2异质结薄膜，与传统的固相和液相法有很大的不同。虽然液相法是用的比较多的一种方法，但是液相方法制备薄膜时需要较长的时间，并且制备得到的薄膜附着力不好。在非液相制备薄膜的方法中，有些方法对原料的纯度要求较高，增加了薄膜的制备成本。本方法采用磁控溅射的方法在导电玻璃FT0基底上得到致密的金属锡薄膜，并通过在硫气氛的管式炉硫化的方法得到SnS2薄膜，再溅射一层金属锡薄膜，然后在管式炉中真空烧结得到SnS/Sn2S3/SnS2异质结薄膜，操作简单，能够获得较致密连续的异质结薄膜。本发明具有如下优点:1、制备方法简单，时间短。用磁控溅射的方法得到致密的金属锡薄膜，在管式炉中硫化和真空烧结就可得到SnS/Sn2S3/SnS2 异质结薄膜。2、价格低廉，避免环境污染。锡、硫两种元素地球含量丰富，无毒且价格便宜， 属于环境友好型反应。
[0016]以上实施案例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代及改进等，均应视为本申请的保护范围。
【主权项】
1.一种二硫化锡/三硫化二锡/硫化亚锡异质结薄膜的制备方法，其特征在于:利用磁 控溅射的方法在FTO导电玻璃上溅射不同厚度的金属锡与不同量的硫粉在管式炉中不同温 度、不同时间下硫化，得到的产物再利用磁控溅射对应厚度的金属锡，然后放在管式炉中不 同温度、不同时间下真空烧结得到目标产物；本发明的制备SnS/Sn2S3/SnS2异质结薄膜的方法，其具体的步骤为:1)、用磁控溅射仪在洗涤干净的FTO玻璃上分别溅射50nm、lOOnm、150nm、200 nm的金属 锡薄膜；2)、分别称取0 ? 2g、0 ? 5g、0 ? 8g、1 ? Og的硫粉，分别称取0 ? 2g的硫粉与50nm、lOOnm、 150nm、200 nm的金属锡在管式炉中温度设置为300 °C，lh; 350 °C，3h; 400 °C，4h; 450 °C，2h; 同理，分别称取0? 5g的硫粉与50nm、100nm、150nm、200 nm的金属锡在管式炉中温度设置为 350°(:，211;300°(:，411;450°(:，311;400°(:，111;分别称取0.88的硫粉与5011111、10011111、15011111、200 nm的金属锡在管式炉中温度设置为400 °C，3h; 450 °C，lh; 300 °C，2h; 350 °C，4h;分别称取 l.〇g的硫粉与50腦、10011111、15011111、200 11111的金属锡在管式炉中温度设置为450°(:，411;400 °C，2h;350°C，lh;300°C，3h，将得到的产物用蒸馏水、无水乙醇各洗涤3次，真空干燥；3)、将上述得到的产物分别溅射按照步骤2)中对应厚度的金属锡薄膜，然后放在管式 炉中按照步骤2)中对应的温度、时间真空烧结得到目标产物。2.根据权利要求1所述的SnS/Sn2S3/SnS2异质结薄膜的制备，其特征在于:利用磁控溅 射在FT0导电玻璃基地上得到致密的金属锡薄膜，再利用硫气氛炉硫化反应获得二硫化锡 薄膜。3.根据权利要求1所述的S—种二硫化锡/三硫化二锡/硫化亚锡异质结薄膜的制备方 法，其特征在于:在二硫化锡薄膜上溅射一层金属锡薄膜，并在管式炉中真空烧结，通过固 相反应得到目标产物。4.根据权利要求1所述的一种二硫化锡/三硫化二锡/硫化亚锡异质结薄膜的制备方 法，其特征在于:所述磁控溅射金属锡薄膜的厚度为50?200nm。5.根据权利要求1所述的一种二硫化锡/三硫化二锡/硫化亚锡异质结薄膜的制备方 法，其特征在于:所述硫化气氛的温度为300?500°C。
【文档编号】H01L31/072GK105977334SQ201610527980
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月7日
【发明人】李品将, 李学峰, 王玉丹, 祁强, 张士礼, 代亚威
【申请人】许昌学院