[发明专利]一种采用有机溶剂通过低温电沉积制备硅薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种电沉积制备硅薄膜的方法，包括以下步骤：a)将有机溶剂干燥，b)将有机溶剂与硅盐和支持电解质混合均匀，得到电解液；c)处理电极，d)将电解液转移到电解池中进行电沉积，电沉积完成后将试样拿出并清洗得到硅薄膜。本发明采用有机溶剂使用如图所示装置通过低温电沉积制备硅薄膜，不仅能够解决传统制备硅薄膜工艺能耗高、大规模沉积效率低等问题，而且使用有机溶剂进行电沉积还能降低生产成本。

技术领域

本发明涉及新能源材料技术领域，特别是涉及一种电沉积硅薄膜的方法。

背景技术

太阳能光伏产业正在蓬勃发展，其中薄膜领域最具有发展潜力的是非晶、微晶和多晶相硅基薄膜，硅是生产半导体器件和太阳能光伏电池、锂离子电池等可再生能源的关键材料。目前锂离子电池负极材料使用最广泛的是石墨以及各种碳材料。研究表明,传统的碳材料存在比容量低、安全性差和高倍率充放电不理想等缺点。而由于硅具有极高的比容量（4200 mAh/g）、良好的循环性能和较低的脱嵌锂电位等优点，被广泛应用于电池领域。

目前常用的Si薄膜制备工艺主要是化学气相沉积(CVD)，存在材料消耗大、沉积速率低的缺点。电沉积法可以在室温下沉积Si，具有能耗低、效率高、成本低等优点。因此，电沉积法制备Si薄膜受到国内外学者的广泛关注。电解质的选择、电参数的调控机制以及Si薄膜的表征也成为研究热点。

近年来，电沉积技术发展迅速，可在熔盐和非水溶剂中进行。由于有机溶剂成本更低、更易控制，如何在有机溶剂中实现电沉积具有重要意义。研究表明，目前沉积的Si层不够均匀，且较薄，这是由于SiCl₄中的Si和Cl是通过共价键连接，不易断裂；同时受离子扩散的限制，Si的形核和生长无法维持，因此硅的沉积是有一定难度的。脉冲电流可以解决离子扩散受限的问题，可以采用脉冲电流电沉积的方法进行Si的沉积。

采用低温电沉积的方法制备硅薄膜，符合产业发展的低成本技术要求，为传统的硅薄膜制备提供了一种简便且环保的替代方法，对进一步完善传统的电沉积工艺和探索低温领域金属铜表面电沉积硅具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种电沉积硅薄膜的方法，不仅能够解决四氯化硅污染环境、增加企业生产成本的问题，而且还能够解决传统方法电沉积硅薄膜所需温度高、能耗高、产品质量差的问题。

1.一种电沉积硅薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)将有机溶剂干燥，并放至充满氩气的手套箱中；

b)将有机溶剂在手套箱中与支持电解质和硅盐搅拌混合均匀，得到电解液；

c)将电极打磨抛光，去除电极表面的氧化层后放入真空干燥器中进行干燥。

d)将电解液放入电解池中，进行电沉积，电沉积完成后将电极拿出清洗。

优选的，所述有机溶剂为碳酸丙烯酯，所述支持电解质为四丁基氯化铵，所述硅盐为四氯化硅。

优选的，步骤a)中，所述干燥的温度为45℃，所述干燥的时间为24h。

优选的，步骤c)中，所述电极采用三电极体系，其中铜板(99.99％)为工作电极，铂丝 (99.99％)为对电极，铂丝(99.99％)为准参比电极。

优选的，所述电极处理具体的为：打磨抛光使用600#、1000#、1500#、2000#、3000#的石英砂纸表面打磨光滑，接着用金刚石抛光剂抛光，然后用去离子水冲洗去掉表面异物，用除油液对铜箔进行电解除油，去离子水清洗后，采用浓度为15%的H₂SO₄溶液进行活化，再分别用去离子水和无水乙醇清洗，在真空干燥器中进行干燥，完成后转移至手套箱中备用。

优选的，步骤d)中，所述电沉积的实验条件为：SiCl₄浓度为0.1-1.0mol/L，TBAC浓度为0.05-0.2mol/L，温度为10-90℃，电压为-1.74V。