[发明专利]一种制备大面积硒化锑薄膜的设备及其方法和应用有效

专利信息
申请号: 201910657354.6 申请日: 2019-07-19
公开(公告)号: CN110444619B 公开(公告)日: 2021-04-20
发明(设计)人: 李志强;郭春升;梁晓杨;刘涛 申请(专利权)人: 河北大学
主分类号: H01L31/0328 分类号: H01L31/0328;H01L31/0392;H01L31/18
代理公司: 石家庄国域专利商标事务所有限公司 13112 代理人: 苏艳肃
地址: 071002 河北*** 国省代码: 河北;13
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摘要:
搜索关键词: 一种 制备 大面积 硒化锑 薄膜 设备 及其 方法 应用
【说明书】:

发明提供了一种制备大面积硒化锑薄膜的设备及其方法和应用,所述设备是在沉积设备的沉积室内水平固定有圆筒,所述圆筒的一侧与氩气供气管相连通,圆筒的另一侧开有水平方向延伸的长条孔,在圆筒内同轴设有用于盛装硒化锑颗粒的圆筒形的网漏,所述网漏的一端连有转轴并可在圆筒内旋转;在与所述长条孔相对的位置设有样品台,所述样品台与升降杆相连并可随升降杆匀速上下移动,在样品台与长条孔相对的台面上设有衬底,在样品台与圆筒之间设有挡板。本发明通过调控衬底上下运动次数、衬底与源的温度以及通入高纯氩气的气体流量,制备得到了结晶状态和成膜均匀性好,缺陷密度较小的大面积硒化锑薄膜,其设备及工艺简单,有利于推广与应用。

技术领域

本发明涉及半导体薄膜制备技术领域,具体地说涉及一种制备大面积硒化锑薄膜的设备及其方法和应用。

背景技术

硒化锑(Sb2Se3)作为一种受水和温度影响较小的稳定型无机半导体材料,在自然界储量丰富。Sb2Se3材料为准直接带隙材料,禁带宽度约为1.2eV,吸收系数大于105cm-1,是一种非常理想的光伏材料。根据Shockley-Queisser极限理论,单结Sb2Se3太阳电池光电转换效率在30%以上。

目前,高效率硒化锑太阳电池的制备方法一般为近空间升华及溶液旋涂法。载气输运沉积法(VTD)作为商业CdTe太阳电池一种低成本的制造方法,在制备硒化锑薄膜时应用较少。常见的VTD设备(单温区管式炉)沉积硒化锑薄膜工艺主要实现两个作用:1) 通过优化沉积衬底温度改善薄膜的结晶性;2) 减少薄膜的缺陷。目前技术方案及存在的问题为:一是沉积过程中硒化锑源为粉末,沉积效果较差,工艺复杂,浪费原料;二是沉积过程中衬底温度通过改变衬底和加热器中心之间的距离来实现,衬底温度不能够精确控制,会对成膜质量有一定的影响;三是通过改变机械泵的通风功率来控制稳定的腔室压力,气体不纯可能会对沉积效果及所制备的薄膜的结晶状况有影响。因此,现有的VTD设备不仅无法满足硒化锑薄膜的制备需求,更难以制备出结晶状况好且厚度均匀的大面积硒化锑薄膜。

发明内容

本发明的目的就是提供一种制备大面积硒化锑薄膜的设备及其方法和应用,以解决现有载气输运沉积法制备的硒化锑薄膜质量不理想及无法制备大面积硒化锑薄膜的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的:一种制备大面积硒化锑薄膜的设备,其是在沉积设备的沉积室内水平固定有圆筒,所述圆筒的一侧与氩气供气管相连通,圆筒的另一侧开有水平方向延伸的长条孔,在圆筒内同轴设有用于盛装硒化锑颗粒的圆筒形的网漏,所述网漏的一端连有转轴并可在圆筒内旋转;

在与所述长条孔相对的位置设有样品台,所述样品台与升降杆相连并可随升降杆匀速上下移动,在样品台与长条孔相对的台面上设有衬底,在样品台与圆筒之间设有挡板,所述挡板的顶端与沉积室顶面相连,所述挡板的底端沿与长条孔的上沿处于同一高度。

所述样品台连接有热电偶和用于监测衬底温度的第一温度计,所述衬底的面积≥5×5cm2

所述沉积室配置有冷却水循环套、用于抽真空的机械泵、放气阀和压力表,所述圆筒设有用于监测硒化锑源温度的第二温度计。

所述长条孔的长度大于衬底的宽度,所述网漏的长度大于长条孔的长度。

一种制备大面积硒化锑薄膜的方法,包括以下步骤:

a、设置上述设备;

b、将衬底固定在样品台上,在网漏中装入硒化锑颗粒,然后将网漏装入圆筒内;

c、抽真空,然后对衬底和硒化锑源进行升温操作并通入高纯氩气;

d、沉积硒化锑薄膜,在沉积过程中,使网漏匀速旋转,同时通过控制升降杆使样品台匀速上下移动;

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