[发明专利]一种银掺杂铜锌锡硫薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及光电材料技术领域，尤其涉及一种银掺杂铜锌锡硫薄膜的制备方法。本发明公开了一种银掺杂铜锌锡硫薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1：衬底上依次循环真空溅射锌、锡和铜银合金，得到前驱体；步骤2：将所述前驱体进行硫化，得到银掺杂铜锌锡硫薄膜。本发明解决了现有的制备方法得到的银掺杂铜锌锡硫薄膜致密性和银掺杂效率较低且工艺重复性差的技术问题。

技术领域

本发明涉及光电材料技术领域，尤其涉及一种银掺杂铜锌锡硫薄膜的制备方法。

背景技术

锌黄锡矿结构的四元半导体化合物铜锌锡硫(Cu₂ZnSnS₄)薄膜具有组成元素储量丰富、无毒、成本低廉、光吸收系数高的优点，成为新一代的具有发展潜力的无机薄膜太阳能电池吸收层材料。

在Cu₂ZnSnS₄薄膜中，由于Cu和Zn的离子半径相近，在高载流子浓度下容易出现Cu_Zn反位缺陷，使制备得到的薄膜缺陷形成能很低。Cu_Zn反位缺陷会造成表面缺陷或体缺陷，是影响太阳能电池开路电压和转换效率的关键因素。抑制Cu_Zn反位缺陷的一种可行的办法是对Cu₂ZnSnS₄薄膜进行银(Ag)掺杂，由于银离子的离子半径大于铜离子的离子半径，可以提高位缺陷的形成能，从而抑制Cu_Zn反位缺陷的形成。此外，Ag掺杂还可以增大Cu₂ZnSnS₄薄膜的晶粒尺寸、提高结晶质量，使带隙可调，有利于提高太阳能电池的开路电压和转换效率。

现有制备Ag掺杂Cu₂ZnSnS₄薄膜的方法包括溶液法、喷雾热分解法和溅射法。溶液法通过在Cu₂ZnSnS₄前驱体溶液中用银元素部分替代铜元素实现Ag掺杂。喷雾热分解法在原料中加入含Ag的化合物，制备Ag掺杂Cu₂ZnSnS₄前驱体溶液，用于后续喷雾热分解制备薄膜。上述两种方法在制备过程中，周围环境的杂质易对薄膜产生影响，进而使得薄膜致密性和Ag掺杂效率下降且工艺重复性差。溅射法是在镀Mo的钠钙玻璃衬底上先用热蒸发法沉积Ag层，再用共溅射技术沉积Cu-Zn-Sn前驱体，最后在硫气氛下进行硫化处理得到Ag掺杂Cu₂ZnSnS₄薄膜，存在难以有效控制掺杂量和掺杂分布、掺杂效率低等缺点。因此，现有的制备方法得到的Ag掺杂Cu₂ZnSnS₄薄膜致密性和Ag掺杂效率较低且工艺重复性差，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种银掺杂铜锌锡硫薄膜的制备方法，解决了现有的制备方法得到的银掺杂铜锌锡硫薄膜致密性和银掺杂效率较低的技术问题。

本发明提供了一种银掺杂铜锌锡硫薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：衬底上依次真空溅射锌、锡和铜银合金，得到前驱体；

其中，所述锌的溅射靶材为锌单质靶，所述锡的溅射靶材为锡单质靶，所述铜银合金的溅射靶材为铜银合金靶；

步骤2：将所述前驱体进行硫化，得到银掺杂铜锌锡硫薄膜。

优选的，在所述步骤1之后，所述步骤2之前，还包括将所述步骤1重复2～5次。

更优选的，在所述步骤1之后，所述步骤2之前，还包括将所述步骤1重复4次。

更优选的，在步骤1之前，还包括对衬底依次采用丙酮、无水乙醇和去离子水进行清洗。

优选的，所述衬底为钠钙玻璃或镀钼的钠钙玻璃。

更优选的，所述衬底为镀钼的钠钙玻璃。