層加熱至550°C后(升溫速率為0.5°C /s)，通入450°C的砸源并在550°C保溫50min，保溫后，以0.50C /s的降溫速率降至室溫，得到材料為CuIna94Gaa24Su3Sea95t3
[0040]實施例3
[0041]預(yù)制層制備工作條件:在FTO鍍Mo基底上，使用CuIn靶、CuGa靶、CuInS2靶為濺射靶材，采用射頻濺射，濺射功率分別為40W、40W和60W，基底溫度為300 °C，濺射時間60min，以Ar氣和H2S組成的混合氣體為工作氣體，濺射爐內(nèi)工作氣體的壓力為0.4Pa，Ar氣和H2S的流量分別為40mL/min和50mL/min，革E材到基底的距離為10cm，制備得預(yù)制層為CuIn0 77Ga_0.51S2.58。
[0042]后砸化過程工藝參數(shù):選擇二乙基砸((C2H5)Se2 = DESe)為砸源，以氬氣為工作氣體，將二乙基砸((C2H5)Se2 = DESe)以升溫速率為1°C /s升溫至350°C，得到350°C的氣態(tài)砸源，將CuIna77Gaa51S2.5S預(yù)制層加熱至650°C，后(升溫速率為1.0°C /s)，通入350°C的砸源并在650°C保溫時間30min，保溫后，以1.0°C /s的降溫速率降至室溫，得到材料為CuIna77
0&0.51^1.29^61.29。
[0043]實施例4
[0044]預(yù)制層制備工作條件:在鍍Mo的Cu箔上，使用In靶、CuGa靶雙靶濺射，采用直流濺射，基底溫度為300 °C，濺射功率分別為30W和60W，濺射時間40min，以Ar氣和H2S組成的混合氣體為工作氣體，濺射過程中，濺射爐內(nèi)工作氣體的壓力為3.6Pa，Ar氣和H2S的流量分別為50mL/min和70mL/min，靶材到基底的距離為12cm，制備得預(yù)制層為CuIn0 MGa^24Si780
[0045]后砸化過程工藝參數(shù):選擇氣態(tài)砸化氫(H2Se)為砸源，以氬氣為工作氣體，將砸化氫以升溫速率為5°C /s升溫至550°C，得到550 °C的氣態(tài)砸源，將CuIna 14Ga1.24S2.78預(yù)制層加熱至550°C，后(升溫速率為3.00C /s)，通入550°C的氣態(tài)砸源并保溫20min，保溫后，以
3.00C /s的降溫速率降至室溫，得到材料為CuInai4Gau4Su1Sen
[0046]實施例5
[0047]預(yù)制層制備工作條件:在鍍Mo的PI (聚酰亞胺)上，使用CuInGa靶、CuS靶、In2S3靶三靶濺射，采用射頻濺射，基底溫度為100°c，濺射功率分別為40W、30W和30W，濺射時間60min，以Ar氣和H2S組成的混合氣體為工作氣體，濺射過程中濺射爐內(nèi)工作氣體的壓力為
4.6Pa，Ar氣和H2S的流量分別為60mL/min和90mL/min，靶材到基底的距離為14cm，制備得預(yù)制層為 CuIna3ciGau8Si98C3
[0048]后砸化過程工藝參數(shù):選擇二乙基砸((C2H5)Se2 = DESe)為砸源，以氬氣為工作氣體，將二乙基砸((C2H5) Se2:DESe)以升溫速率為10°C /s升溫至500°C，得到500°C的氣態(tài)砸源，將CuIna 3QGa1.lsS2.98預(yù)制層加熱至500°C，后(升溫速率為5.0°C /s)，通入500°C的氣態(tài)砸源并保溫時間60min，保溫后，以5.0°C /s的降溫速率降至室溫，得到材料為CuIna
8S0.89S62.09。
[0049]實施例6
[0050]預(yù)制層制備工作條件:在鍍Mo的Ti片上，使用InS靶、CuS靶、CuInGaSjE三靶濺射，采用射頻濺射，基底溫度為400 °C，濺射功率分別為40W、40W和80W，濺射時間40min，以Ar氣和H2S組成的混合氣體為工作氣體，濺射過程中濺射爐內(nèi)工作氣體的壓力為5.6Pa，Ar氣和H2S的流量分別為70mL/min和110mL/min，革E材到基底的距離為12cm，制備得預(yù)制層為 CuIn0.41Ga0.97S2.88o
[0051]后砸化過程工藝參數(shù):選擇氣態(tài)砸化氫(H2Se)為砸源，，以氬氣為工作氣體，將砸化氫以升溫速率為15°C /s升溫至350°C，得到350°C的砸源，將CuInQ.41Gaa97S2.ss?制層加熱至650°C，后(升溫速率為1.00C /s)，通入350°C的氣態(tài)砸源并在650°C保溫時間30min，保溫后，以1.00C /s的降溫速率降至室溫，得到材料為CuIna41Gaa97Sa58Se2.3。。
[0052]實施例7
[0053]預(yù)制層制備工作條件:在鍍Mo的搪瓷鋼片上，使用CuInGa靶、CuInS2靶、CuGaS 2靶三靶濺射，采用中頻濺射，基底溫度為500 °C，濺射功率分別為30W、40W和40W，濺射時間70min，以Ar氣和H2S組成的混合氣體為工作氣體，濺射過程中濺射爐內(nèi)工作氣體的壓力為6.6Pa，Ar氣和H2S的流量分別為40mL/min和130mL/min，靶材到基底的距離為6cm，制備得預(yù)制層為 CuIncHGahci2S2.68。
[0054]后砸化過程工藝參數(shù):使用固態(tài)Se為砸源，以氬氣為工作氣體，將固態(tài)Se以200C /s的升溫速率升溫至450°C，得到450°C的氣態(tài)砸源，將CuInQ.26Ga1.Q2S2.6S預(yù)制層加熱至550°C，后(升溫速率為4.00C /s)，通入450°C的氣態(tài)砸源并在550°C保溫時間70min，保溫后，以4.00C /s的降溫速率降至室溫，得到材料為CuIna Ja1.Q2SQ.8QSe1.ss。
[0055]實施例8
[0056]預(yù)制層制備工作條件:在鍍Mo的鈉鈣玻璃上，使用CuInGa靶、Cu靶和CuIn靶三靶濺射，采用中頻濺射，基底溫度為200 °C，濺射功率分別為50W、80W、50W，濺射時間30min，以Ar氣和H2S組成的混合氣體為工作氣體，濺射過程中濺射爐內(nèi)工作氣體的壓力為7.8Pa，Ar氣和H2S的流量分別為60mL/min和150mL/min，革E材到基底的距離為24cm，制備得預(yù)制層為 CuIn0.nGa0.47S2.48。
[0057]后砸化過程工藝參數(shù):選擇氣態(tài)砸化氫(H2Se)為砸源，以氬氣為工作氣體，將砸化氫以25°C /s的升溫速率為升溫至550°C，得到550°C的砸源，將CuInQ.71Gaa47S2.4S預(yù)制層加熱至550°C后(升溫速率為6.00C /s)，通入550°C的砸源并保溫150min，保溫結(jié)束后，以6.00C /s的降溫速率降至室溫，得到材料為Culn。.71GaQ.47Sa46Se1.82。
[0058]實施例9
[0059]預(yù)制層制備工作條件:在鍍Mo的Cu箔上，使用CuInGa靶單靶濺射，采用直流濺射，基底溫度為300°C，濺射功率為60W，濺射時間20min，以Ar氣和H2S組成的混合氣體為工作氣體，濺射過程中濺射爐內(nèi)工作氣體的壓力為8.8Pa，Ar氣和H2S的流量分別為30mL/min和170mL/min，革E材到基底的距離為10cm，制備得預(yù)制層為CuIn0.65Ga0.43S2.08O
[0060]后砸化過程工藝參數(shù):選擇二乙基砸((C2H5)Se2 = DESe)為砸源，以氬氣為工作氣體，將二乙基砸((C2H5)Se2 = DESe)以5°C /s的升溫速率升溫至350°C，得到350°C的氣態(tài)砸源，將CuInaS5Gaa43S2^預(yù)制層加熱至650°C后(升溫速率為8.0°C /s)，通入350°C的砸源并在650°C保溫時間240min，保溫后，以8.0°C /s的降溫速率降至室溫，得到材料為CuIna6
5Ga0.43S0.2lSeL87o
【主權(quán)項】
1.一種銅銦鎵硫砸薄膜材料的制備方法，其特征在于:在基底上先制備Cu (In ^iGa1 x) aSb預(yù)制層，然后進行砸化退火，得到Cu (InxGa1 J a (SySe1 y),薄膜材料；其中a的取值范圍是1.0<a < 1.5，b的取值范圍是2.0<b<3.0^的取值范圍是0<1< I ;y的取值范圍是O<y < 12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅銦鎵硫砸薄膜材料的制備方法，其特征在于:所述基底為太陽電池底電極。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅銦鎵硫砸薄膜材料的制備方法，其特征在于:在太陽能電池基底上制備CudnxGa1 x) aSb預(yù)制層時，采用的是反應(yīng)派射； 反應(yīng)派射所用銅源選自Cu革E、CuGa革E、CuIn革E、CuS革E、CuInGa革E、CuInSjE、CuGaS 2革巴、CuInGaS2革巴中的至少一種； 反應(yīng)濺射所用銦源選自In靶、CuIn靶、In2S3靶、CuInGa靶、CuInS 2勒、CuInGaS 2革巴中的至少一種； 反應(yīng)派射所用鎵源選自CuGa革[1、CuInGa革[1、CuGaSjEl、CuInGaS 2勒中的至少一種；反應(yīng)濺射法所用硫源選自H2S或CuS靶、In2S3靶、CuInS 2靶、CuGaS 2靶、CuInGaS 2靶中的至少一種。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種銅銦鎵硫砸薄膜材料的制備方法，其特征在于:所述反應(yīng)濺射選自直流濺射、中頻濺射或者射頻濺射中的一種。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種銅銦鎵硫砸薄膜材料的制備方法，其特征在于；反應(yīng)濺射時，工作氣體為Ar氣或H2S氣體和Ar氣組成的混合氣體；其中Ar氣的流量為O?10mL/min，H2S氣體的流量為5?200mL/min。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種銅銦鎵硫砸薄膜材料的制備方法，其特征在于；反應(yīng)濺射的工藝參數(shù)為:工作氣壓0.0lPa?lOPa、濺射功率密度0.5W/cm2?50W/cm2、基底溫度為25°C?600 °C、靶材到基底的距離為3cm?40cm。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅銦鎵硫砸薄膜材料的制備方法，其特征在于:砸化退火所用砸源選自砸化氫氣體、二乙基砸氣體、砸蒸氣中的至少一種O8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種銅銦鎵硫砸薄膜材料的制備方法，其特征在于:砸化退火是將200 °C?500 °C的氣態(tài)砸源，通過工作氣體送至CudnxGa1 x)aSb預(yù)制層上，在300°C?650°C進行退火，得到CudnxGa1 x)a(SySe1 y)b薄膜材料。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種銅銦鎵硫砸薄膜材料的制備方法，其特征在于:砸化退火時，所用工作氣體選自氬氣、氮氣、氦氣中的至少一種。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種銅銦鎵硫砸薄膜材料的制備方法，其特征在于:砸化退火時，控制工作氣體的壓力為IPa?lOOOOOPa、控制砸化退火的時間為2min?300min。
【專利摘要】本發(fā)明公開了本發(fā)明涉及一種銅銦鎵硫硒薄膜材料的制備方法，屬于新能源材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明在太陽能電池基底上通過反應(yīng)濺射的方法制備預(yù)制層銅銦鎵硫，在一定條件下進行硒化退火，得到銅銦鎵硫硒薄膜材料。該方法通過反應(yīng)濺射制備銅銦鎵硫預(yù)制層，可以有效控制薄膜成分和生長情況，再通過硒化退火實現(xiàn)硒的并入，制得銅銦鎵硫硒薄膜。這種反應(yīng)濺射預(yù)制層后硒化的方法制備出的銅銦鎵硫硒薄膜材料能夠精確控制薄膜中各元素的化學(xué)計量比、膜的厚度和成分的分布，薄膜的致密度高，體積膨脹小，可有效地解決現(xiàn)有方法制備銅銦鎵硫硒半導(dǎo)體薄膜材料過程中存在的成分不易控制、均勻性欠佳、表面缺陷較多及易產(chǎn)生不利雜相等問題，且該方法對設(shè)備的要求不高，易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，在生產(chǎn)中可以大規(guī)模推廣。
【IPC分類】H01L31/032, C23C14/34, C23C14/06
【公開號】CN105118877
【申請?zhí)枴緾N201510420561
【發(fā)明人】劉芳洋, 高春暉, 蔣良興, 趙聯(lián)波, 曾芳琴
【申請人】中南大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年7月16日