[发明专利]一种提高CZTS/CdS异质结整流比的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料与器件技术领域，具体涉及一种提高CZTS/CdS异质结整流比的方法。

背景技术

目前，铜锌锡硫（Cu2ZnSnS4，简称CZTS）因其具有环境友好、明显P型半导体特性、适合的禁带宽度（1.5eV）、较高吸收系数（大于104cm-1）等优点而倍受关注，其太阳能电池最高效率达到12.6%（CZTSSe）。铜锌锡硫薄膜太阳能电池的典型结构是：底电极/吸收层（CZTS)/缓冲层(CdS)/透明导电层/上电极，其核心结构是CZTS/CdS异质结，所以提高CZTS/CdS异质结整流比是提高电池光电转换效率的核心关键。

目前，为了提高电池光电转换效率，对CZTS/CdS异质结界面进行处理，其方式有很多，例如：去离子水、稀盐酸、氨水刻蚀、紫外线照射CZTS薄膜表面。而等离子体处理在存储器件技术领域有广泛应用，并且对存储器件的稳定性能起积极作用，所以我们借鉴此研究思路，研究等离子体处理CZTS/CdS异质结界面对其整流特性的影响。这是本发明的关键所在。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高CZTS/CdS异质结整流比的方法，其采用等离子体对CZTS薄膜表面即CZTS/CdS异质结界面进行处理，并通过调整射频功率，以提高CZTS/CdS异质结整流比。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种提高CZTS/CdS异质结整流比的方法，包括以下步骤：

（1）选择柔性钼箔作为底电极，在浓硫酸和甲醇体积比1:7的混合溶液中进行清洗，最后用去离子水冲干净并用氮气吹干；

（2）利用溶胶凝胶法在钼箔上制备金属预制层薄膜，其后进行硫化从而得到CZTS薄膜，其具体步骤如下：

A、将一水合醋酸铜（Cu(CH₃COOH)₂•H₂O）、二水合醋酸锌（Zn(CH₃COOH)₂•2H₂O）、二水合氯化亚锡（SnCl₂•2H₂O）以及硫脲按贫铜富锌的比例混合后，加入到有机溶剂乙二醇甲醚中，并加入一定比例的稳定剂，50℃水浴加热搅拌1h，得到胶体；

B、利用旋涂法将步骤（A）制备的胶体涂覆在（1）所得的钼箔上， 经280℃高温烘烤制成铜锌锡硫预制层薄膜；重复数次以达到所需薄膜厚度，膜厚1~1.5µm；

C、把样品放进硫化炉中，抽真空到5Pa以下；让硫化炉升温，1h后升到580℃，往炉中通入N₂和H₂S气体, 流量分别为180sccm、20sccm；使预制层在N₂和H₂S的混合气体中保持1h；最后冷却到室温，其后进行硫化，得到铜锌锡硫薄膜；

（3）将（2）的CZTS薄膜进行等离子体处理，包括以下步骤：

A、 将所述CZTS薄膜放置于腔室中，并抽真空至0.1Pa以下；

B、 在所述真空腔室中通入气流为48 sccm的Ar气，并保持腔室气压为100Pa，然后起辉；

C、 调整节流阀使所述真空腔室保持在120Pa, 施加80~120W射频功率于腔室内的气体，使其等离子化，并保持等离子体对CZTS薄膜的作用时间为120s；

（4）采用化学水浴法在（3）所得的等离子体处理后的CZTS薄膜表面沉积CdS薄膜，其具体步骤如下：

A、将氯化铬和氯化铵按比例混合，滴加氨水调节pH值为10，搅拌均匀；

B、将（2）所得的CZTS薄膜垂直放入混合溶液中；

C、将混合溶液置于水浴锅中加热至80℃，加入适量的硫脲，保持10min后取出该样品；

D、用去离子水冲洗该样品表面；

（5）采用真空热蒸发法在（4）制得的样品表面沉积金属铝电极，所用铝的直径为1mm，长度为2cm，数量为25，用螺旋状钨舟加热铝丝，所得的‘主’状金属铝电极厚度为200~300nm；

所述方法制备的CZTS/CdS异质结可提高铜锌锡硫薄膜太阳能电池的光电转换效率。

本发明用于提高CZTS/CdS异质结整流比的方法具有以下特点和优点：

（1）使用本发明通过调整等离子体处理射频功率可以实现对CZTS/CdS异质结界面的缺陷进行准确修饰，以形成良好的导带阶。

（2）使用本发明工艺操作上相对简单，各参数易于精准控制，便于推广应用。

附图说明