[发明专利]一种基于磁控溅射法的CZTS叠合吸收层及其制备方法

权利要求书

1.基于磁控溅射法的CZTS叠合吸收层的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

（1）将四元CZTS半导体靶、Fe源靶、Ge源靶安装于磁控溅射腔室内，调整靶材和溅射腔体内基底之间的靶基距；其中Fe源靶的靶基距为160~180mm，Ge源靶的靶基距为160~180mm、四元CZTS半导体靶的靶基距为60~90mm；

（2）将预处理衬底放置到磁控溅射腔室内的样品架上；

（3）调节溅射镀膜仪参数：将溅射室内本底真空度抽至3.0×10^-4~5.0×10^-4Pa，设定工作真空度为0.3~0.8Pa，衬底温度为100~150℃、样品旋转速度为10 ~20r/min，工艺气体的流量为15~30sccm；

（4）预溅射除去靶材表面杂质；

（5）Cu₂Zn_1-xFe_xSnS₄底部预置层制备：在衬底上采用四元CZTS靶和Fe源靶交替直流溅射沉积Cu₂Zn_1-xFe_xSnS₄底部预置层薄膜，然后进行退火处理得到Cu₂Zn_1-xFe_xSnS₄底部吸收层薄膜；其中溅射顺序为先Fe层，后CZTS层，交替往复；CZTS靶的溅射功率为30~65w，Fe源靶溅射功率为60~90w；

（6）Cu₂ZnSnS₄中间预置层的制备：在步骤（5）所得Cu₂Zn_1-xFe_xSnS₄底部吸收层薄膜上采用四元CZTS靶直流溅射沉积Cu₂ZnSnS₄中间预置层，然后进行退火处理得到Cu₂ZnSnS₄中间吸收层；其中CZTS靶的溅射功率为30~65w；

（7）Cu₂ZnSn_1-yGe_yS₄顶部预置层制备：在步骤（6）所得Cu₂ZnSnS₄中间预置层上采用四元CZTS靶和Ge源靶交替直流溅射沉积Cu₂ZnSn_1-yGe_yS₄顶部预置层薄膜，然后进行退火处理得到Cu₂ZnSn_1-yGe_yS₄顶部吸收层薄膜，Cu₂Zn_1-xFe_xSnS₄底部吸收层薄膜、Cu₂ZnSnS₄中间吸收层、Cu₂ZnSn_1-yGe_yS₄顶部吸收层薄膜组成CZTS叠合吸收层；其中溅射顺序为先CZTS层，后Ge层，交替往复；CZTS靶的溅射功率为30~65w，Ge源靶的溅射功率为8~15w。

2.根据权利要求1所述CZTS叠合吸收层的制备方法，其特征在于：步骤（5）中Cu₂Zn_1-xFe_xSnS₄底部预置层薄膜的厚度为510~650nm。

3.根据权利要求1所述CZTS叠合吸收层的制备方法，其特征在于：步骤（5）中退火处理为将覆有Cu₂Zn_1-xFe_xSnS₄底部预置层薄膜的衬底置于装有固态硫粉的石英舟中，然后送入管式退火炉，将炉内气压抽至25~40mTorr，通入气体流量为40~60sccm的氮气，然后再通入氩气至气压为5~20Torr，在升温速率为10~ 20℃/min的条件下加热至温度为500~600℃并保温15~40min，自然冷却至室温。