[发明专利]一种化学浴沉积硫化铟薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学浴沉积硫化铟薄膜的方法，在较低的温度范围内，以柠檬酸或丙二酸作为络合剂，可得到致密均一的硫化铟薄膜。属于功能薄膜材料的制备技术领域。

背景技术

对于薄膜太阳电池来说，缓冲层是组成电池不可或缺的一部分。其主要作用是为了与吸收层形成p-n结，从而最大化的将太阳光吸收到结之间的区域和吸收层区域，使薄膜太阳电池能充分吸收太阳光以转换成电能。CulnS₂薄膜太阳电池目前主要使用化学水浴法制备CdS薄膜来作为薄膜电池的缓冲层，但是由于有毒元素镉的存在，会对环境造成一定的污染，不符合环保和可持续性发展的新能源要求，因此研究无镉缓冲层替代材料成为当前CulnS₂薄膜太阳电池急需解决的一个问题。In₂S₃是目前研究较多的替换CdS材料的一种候选缓冲层材料，它不含有毒元素，并且其自身也不具有毒性。同时，In₂S₃对可见光区波段的吸收较大(间接禁带)，化学浴生长过程需要的温度较低(低于100℃)，不会对先前沉积的吸收薄膜层造成破坏。并且由于In₂S₃本身所组成的元素与CuInS₂薄膜相同，从而使得In₂S₃与CulnS₂之间不具有很强的界面态，有利于减少光生载流子在界面处的复合。因此，In₂S₃薄膜可以作为一种很好的替代CdS的太阳电池缓冲层材料。

In₂S₃是一种III-VI族化合物半导体，以三种不同的晶体类型存在：α-In₂S₃、β-In₂S₃和γ-In₂S₃。通常β-In₂S₃是室温下的稳态结构。β-In₂S₃是一种禁带宽度为2～2.45eV的半导体材料，未掺杂情况下一般呈n型。制备β-In₂S₃的方法通常有共蒸发沉积法，原子层外延法，化学喷涂热解法，电沉积法等。然而气相制备的方法大多对沉积条件要求较高，需要真空、高温等条件，这样会不可避免的破坏薄膜的原有形貌，同时很难精确控制所制备薄膜的成分严格符合其分子式的化学计量比，这样会影响薄膜的透光特性进而影响其应用。电化学法也可以制得In₂S₃薄膜，可是电化学法对薄膜的衬底选择有限制，衬底必须为导电衬底。所以需要一种既简单易行，又能制备出高质量高性能的In₂S₃薄膜的方法，即化学浴沉积方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有制备技术的不足，提出一种对衬底无导电选择性，低温溶液中合成，具有良好结晶性的硫化铟薄膜的方法。其工艺简单，成本低廉，适合于大规模生产应用。为了实现这一目的，本发明采用柠檬酸或丙二酸作为络合剂，在低于100℃的水浴环境下，在实验室处理改性的玻璃衬底上均获得了具有立方结构，均一致密且高度结晶的硫化铟薄膜。

本发明所采用的化学浴沉积硫化铟薄膜的方法，包括以下步骤：

a)衬底的预处理：将玻璃衬底依次用甲苯、丙酮、乙醇在超声清洗器中充分清洗后，再用去离子水冲洗，然后用体积比为7∶3的浓H₂SO₄和30％H₂O₂溶液在80℃反应氧化30分钟，之后将衬底浸泡于体积比1∶100的巯基硅乙酯的无水乙醇溶液(巯基硅乙酯∶无水乙醇＝1∶100)中，备用；

b)将络合剂溶解于去离子水中，充分搅拌均匀后，加入氯化铟，络合剂与氯化铟的摩尔比为7∶1，持续搅拌溶液，得到完全澄清透明的溶液A；

c)向溶液A中加入HCl溶液调节pH值为1～2，得到溶液B；

d)向溶液B中缓慢加入硫代乙酰胺溶液，硫代乙酰胺与氯化铟的摩尔比为7∶1，并搅拌均匀，得到澄清透明溶液C，并将C溶液转移至反应容器中；