[发明专利]一种锑硫硒合金薄膜的制备方法

说明书

本发明属于半导体光电材料及薄膜领域，更具体地，涉及一种锑硫硒合金薄膜的制备方法。本发明由硒化锑粉末和单质硫粉末或者硒化锑粉末和硫化锑粉末作为蒸发源，分别放置在双温区管式炉的两个温区，通过气相转移沉积法在衬底上制得，其化学表达式为Sb₂(Se_1‑xS_x)₃，其厚度小于或等于2μm。本发明制备工艺简单，对设备要求低，制备出的合金薄膜均匀致密，其禁带宽度在1.17eV到1.7eV之间连续可调，可用于制备薄膜太阳能电池、光电探测器等光电器件。

技术领域

本发明属于半导体光电材料及薄膜领域，更具体地，涉及一种锑硫硒合金薄膜的制备方法。

背景技术

硒化锑和硫化锑是两种新型光伏材料，它们的禁带宽度分别为1.17eV和1.7eV，都具有良好的光电响应和热电性能，可用于制备光电探测器、太阳能电池和热电器件。其元素储量丰富且对环境污染小，拥有成为具有广泛应用前景的无机半导体材料。

研究发现，硒化锑和硫化锑均为一维带状结构，硒原子和硫原子可互相替代，形成锑硫硒合金，基于此，通过调节材料组分，控制硒硫比，我们可得到禁带宽度在1.17eV(硒化锑的禁带宽度)到1.7eV(硫化锑的禁带宽度)之间的锑硫硒合金，能带位置也随之改变，由此可得到禁带宽度和能带位置更加合适的锑硫硒合金薄膜。

目前，制备锑硫硒合金薄膜的方法主要有溶液法和真空热蒸发法。其中溶液法操作简单，对设备要求低，但机械化程度低、过程繁杂、薄膜结晶性差、组分偏差大，不适用于大面积生产。真空热蒸发法则由于蒸发源和衬底距离较近等原因，易导致成膜组分不均匀。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种锑硫硒合金薄膜的制备方法，其通过采用气相转移沉积法制备得到锑硫硒合金薄膜，该方法对设备要求低，工艺简单，薄膜组分均匀，成膜性好，由此解决现有技术制备锑硫硒合金薄膜的方法存在的过程繁杂、薄膜结晶性差、组分偏差大、成膜组分不均匀的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种锑硫硒合金薄膜的制备方法，以硒化锑粉末作为第一蒸发源，以单质硫粉或硫化锑粉末作为第二蒸发源，所述第一蒸发源置于第一温区，所述第二蒸发源置于第二温区，所述第一温区的工作温度高于所述第一蒸发源的熔点温度，所述第二温区的工作温度高于所述第二蒸发源的熔点温度，在低于5Pa的真空度下，分别在第一温区和第二温区的工作温度下，加热所述第一蒸发源和第二蒸发源，在衬底上通过气相沉积形成锑硫硒合金薄膜。

优选地，所述第一温区的工作温度高于所述第一蒸发源的熔点温度20～50℃；所述第二温区的工作温度高于所述第二蒸发源的熔点温度20～50℃。

优选地，所述硫化锑或硒化锑作为蒸发源时，其对应所在的温区的工作温度为520～540℃，以单质硫粉作为蒸发源时，其对应所在温区的工作温度为200～220℃。

优选地，所述衬底位于所述第一温区和第二温区的气流下游，所述衬底距离所述第一蒸发源100～205mm，所述衬底距离第二蒸发源345～445mm。

优选地，所述衬底的温度为20℃～400℃。

优选地，所述衬底材料为钙钠玻璃、石英玻璃、ITO透明导电玻璃或FTO透明导电玻璃。

优选地，所述ITO透明导电玻璃或FTO透明导电玻璃表面沉积有CdS薄膜。

优选地，所述衬底置于支架上，所述支架材料为石墨，所述衬底的待沉积表面与气流方向的夹角在65度到75度之间。

优选地，所述第一蒸发源和所述第二蒸发源加热时间为1s～1h。