[发明专利]一种硒化物靶溅射制备铜锌锡硒吸收层薄膜的方法及应用

说明书

本发明公开了一种硒化物靶溅射制备铜锌锡硒吸收层薄膜的方法，具体包括以下步骤：(1)衬底预处理；(2)钼层的制备；(3)铜锌锡硒预制层的制备：以Cu靶、ZnSe化合物靶、SnSe靶作为靶源，在所述钼层上按照ZnSe/SnSe/Cu的顺序溅射，即得到铜锌锡硒预制层；(4)铜锌锡硒吸收层薄膜的制备：将所述铜锌锡硒预制层制备完成后的所述衬底退火硒化处理后，得到一种硒化物靶溅射制备的铜锌锡硒吸收层薄膜；本发明的制备工艺简便、薄膜组分可控、样品制备周期短、薄膜重复性较好，可以制备出符合高效率铜锌锡硒薄膜太阳电池要求的贫铜富锌的铜锌锡硒吸收层薄膜。

技术领域

本发明涉及光电材料新能源技术领域，更具体的说是涉及一种硒化物靶溅射制备铜锌锡硒吸收层薄膜的方法及应用。

背景技术

自从法国物理学家贝克雷尔(Becqurel)在1839年第一次发现光生伏特效应以来，太阳能电池发展迅速。到目前，共经历了第一代太阳能电池(单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅太阳电池)、第二代太阳电池(碲化镉太阳电池、砷化镓太阳电池、铜铟镓硒太阳电池、铟镓砷太阳电池等)、以及现阶段逐渐兴起的第三代太阳电池(叠层太阳电池、多带隙太阳电池等)。

目前，铜铟镓硒(Cu(In,Ga)Se₂，CIGS)薄膜太阳电池的制备技术已经相对成熟，并且已基本商业化。但是由于铟、镓元素均为稀有元素，这在很大的程度上限制了铜铟镓硒太阳电池的大规模生产。因此，使用含量较为丰富的Zn、Sn来代替In和Ga元素制备而成的铜锌锡硒(Cu₂ZnSnSe₄，CZTSe)太阳电池应运而生，其带隙约为1.0eV左右，相对较低的带隙使得CZTSe薄膜电池能够有效地利用太阳光谱。

CZTSe薄膜太阳电池的制备通常有真空法和非真空法两种，截至目前，CZTSe薄膜太阳电池的最高效率记录为2020年暨南大学李建军团队制备的效率为12.5％的CZTSe太阳电池，但是该研究组采用的直流溅射单质Cu、Zn、Sn靶材制备CZTSe薄膜，并制备了MgF₂增透膜。

因此，如何提供一种制备工艺简便、薄膜组分可控、样品制备周期短、薄膜重复性较好的制备铜锌锡硒薄膜吸收层的方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种硒化物靶溅射制备铜锌锡硒吸收层薄膜的方法，本发明的制备工艺简便、薄膜组分可控、样品制备周期短、薄膜重复性较好，可以制备出符合高效率铜锌锡硒薄膜太阳电池要求的贫铜富锌的铜锌锡硒吸收层薄膜。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种硒化物靶溅射制备铜锌锡硒吸收层薄膜的方法，具体包括以下步骤：

(1)衬底预处理：将衬底清洗浸泡后，吹干备用；

(2)钼层的制备：在预处理后的所述衬底上沉积钼层；

(3)铜锌锡硒预制层的制备：以Cu靶、ZnSe化合物靶、SnSe靶作为靶源，在所述钼层上按照ZnSe/SnSe/Cu的顺序溅射，即得到铜锌锡硒预制层；

(4)铜锌锡硒吸收层薄膜的制备：将所述铜锌锡硒预制层制备完成后的所述衬底退火硒化处理后，得到一种硒化物靶溅射制备的铜锌锡硒吸收层薄膜。

本发明通过溅射含Se的靶材制备CZTSe预制层，相对传统单质靶溅射制备CZTSe，其优点是可以在预制层内部引入Se元素，在退火的过程中，存在薄膜外部的高温Se蒸气和内部Se元素两个Se源，有利于形成结晶质量优良的CZTSe。

优选地，所述衬底为钠钙玻璃衬底。

本发明中采用的为钠钙玻璃衬底，钠钙玻璃衬底中含有Na元素能够促进晶体的生长，钠钙玻璃衬底被广泛应用于薄膜太阳电池的制备过程中。