[发明专利]一种铜锌锡硒薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电薄膜制备技术领域，尤其涉及一种制备铜锌锡硒光电薄膜的制备方法。

背景技术

随着社会和经济的发展，我国能源消费总量剧增，能源紧缺及消费能源带来的污染已成为国内社会发展中的突出问题，因此开发利用清洁能源对保护环境、经济可持续发展和构筑和谐社会都有重要的意义。为了更充分的利用太阳能这种清洁、安全和环保的可再生资源，近年来光电材料的研究和发展日益受到重视，主要用于太阳电池的开发和应用。

铜锌锡硒与Cu(In，Ga)Se₂(CIGS)有相似的结构和光电性能。由于其中的Zn、Sn两种元素的储量丰富、无毒、对环境友好，所以较含有稀有元素In、Ga的CIGS具有更好的发展前景。目前报道的铜锌锡硒(硫)的太阳能电池的光电转化效率已经接近10％，虽然与理论的转化率还有一定的差距，但比最初的低于1％，已经有了很大的提高。

铜锌锡硒(CZTSe)为I₂-II-IV-VI₄族四元化合物，CZTSe为直接带隙P型半导体材料，禁带宽度Eg约为1.5eV，十分适合作为太阳能电池的吸收层。且CZTSe的吸收系数α大于104cm^-1，所以CZTSe(S)电池吸收层的厚度小于2μm就可满足要求。对铜锌锡硒是黝锡矿晶体结构，其晶格参数为a＝0.56882nm，c＝1.13378nm。

目前报道的制备方法可根据制备薄膜的步骤分为一步方法即直接制备方法；二步方法即首先制备预置合金层，其次在一定气氛中进行热处理得到。一步制备方法包括蒸发法、熔剂热法、粉末法和溅射方法等；二步制备方法中的预置合金层的制备方法又包括溅射、原子束溅射、反应磁控溅射、蒸发、光化学沉积、喷雾方法、溶胶-凝胶方法、电化沉积学法等。除了以上主要的制备方法外，一些大学的研究学者公布的发明专利也提供了制备CZTSe化合物的低成本、工艺简便的新思路，有待进一步研究。

象前面所述方法一样，其它方法也有不同的缺陷。与本发明相关的还有如下文献：

[1]Rachmat Adhi Wibowo，Woo Seok Kim，Eun Soo Lee，Single step preparation of quaternary Cu₂ZnSnSe₄ thin films by RF magnetron sputtering from binary chalcogenide targets，Journal of Physics and Chemistry of Solids 68(2007)1908-1913.

主要报道了以CuSe，ZnSe和SnSe为靶材利用磁控溅射技术制备CZTSe薄膜。并研究了薄膜的的半导体类型、禁带宽度等。

[2]P.M.P.Salome，P.A.Fernandes，A.F.da Cunha，J.P Leit ao，J.Malaquias，Growth pressure dependence of Cu₂ZnSnSe₄ properties，Solar Energy Materials & Solar Cells 94(2010)2176-2180.

主要描述了两步法制备Cu₂ZnSnSe₄薄膜，首先直流溅射Cu、Zn、Sn金属前躯体薄膜，而后硒化得到CZTSe薄膜，且主要研究了硒化条件对薄膜性能的影响。

[3]Suresh Babu G.，Kishore Kumar Y.B，Uday Bhaskar P，Effect of Cu/(Zn+Sn)ratio on the properties of co-evaporated Cu₂ZnSnSe₄ thin films，Solar Energy Materials & Solar Cells 94(2010)221-226.

主要报道了用共蒸方法制备CZTSe薄膜，研究了Cu/(Zn+Sn)对薄膜的结构性质及光电性能的影响。

[4]Hanyue Zhao，Clas Persson，Optical properties of Cu(In，Ga)Se₂and Cu₂ZnSn(S，Se)₄，Thin Solid Films(2011).