一種制備硫化鋅光電薄膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種制備硫化鋅光電薄膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今世界，人們越來越關(guān)注非可再生能源的消耗和環(huán)境污染等問題。太陽能作為一種高效清潔無污染的新能源，已成為了新的能源結(jié)構(gòu)中一個重要組成部分。薄膜太陽能電池作為一種高效率的太陽能電池引起了更多關(guān)注，人類不斷的探究和研發(fā)價格低廉、材料環(huán)保無毒的太陽電池。
[0003]在薄膜光伏材料中，緩沖層ZnS是I1- VI族化合物半導(dǎo)體，具有閃鋅礦和纖鋅礦兩種晶體結(jié)構(gòu)。ZnS的理論禁帶寬度約3.7eV，被廣泛的應(yīng)用于二極發(fā)光管、非線性光學(xué)器件、傳感器、激光器等領(lǐng)域，與CdS —樣，ZnS可用于半導(dǎo)體電池和光電器件如太陽能電池和光電探測器。但ZnS與CdS相比具有價格低、毒性小、禁帶寬度更寬與CIS晶格更加匹配。以ZnS代替CdS作為緩沖層材料在制備的CIS電池中已經(jīng)取得很好的結(jié)果。因此，ZnS薄膜的制備和特性研究必將對太陽能電器件的發(fā)展應(yīng)用起到積極的推動作用。
[0004]目前，ZnS薄膜的制備方法很多，從合成反應(yīng)類型上可分為濕法和干法；從合成的技術(shù)特點上可分為化學(xué)氣相沉積法、氣相反應(yīng)法、液相合成法、元素直接反應(yīng)法、化學(xué)浴沉積法、電化學(xué)沉積法、分子束外延法和光化學(xué)沉積法等。本實驗采用旋涂一化學(xué)共還原法制備硫化鋅光電薄膜。
[0005]如前面所述方法一樣，其它方法也有不同的缺陷。與本發(fā)明相關(guān)的還有如下文獻(xiàn):
[1]Zhang R, Wang B, Wei L, et al.Growth and properties of ZnS thin films bysulfidat1n of sputter deposited Zn [J].Vacuum, 2012, 86(8): 1210-1214.文章主要描述通過硫化制備ZnS薄膜，研究了不同溫度的硫化對ZnS的影響。在400°C時部分Zn被硫化，在500°C時Zn全部被硫化并且沿著C軸擇優(yōu)取向，帶隙為3.64 eV
[2]Zhou L, Tang N, Wu S.1nfluence of deposit1n temperature on ZnS thin filmperformance with chemical bath deposit1n [J].Surface and Coatings Technology,2013，228: S146-S149.以ZnSO4、氨水和SC (NH2) 2等為原料，采用化學(xué)水浴法制備ZnS，研究溫度對沉積薄膜的影響。硫化鋅薄膜厚度約為73 - 200納米，硫化鋅薄膜的透射率高78%，通過退火可以減少透射率。
[0006][3] Ozkan M, Ekem N, Pat S，et al.ZnS thin film deposit1n on Silicon andglass substrates by Therm1nic vacuum Arc [J].Materials Science in SemiconductorProcessing, 2012，15(2): 113-119.采用熱陰極真空電弧技術(shù)在硅片和玻璃片上涂ZnS薄膜，在硅片和玻璃片上薄膜的表面粗糙度分別為1.17和1.54 nm，都沿(O I 14)擇優(yōu)取向，平均折射率值是2.05，帶隙能量是大約3.7 eV。
[0007][4] Xu X, Wang F, Liu J, et al.Structural and optical studies of ZnSnanocrystal films prepared by sulfosalicylic acid (C7H6O6S)-assisted galvanostaticdeposit1n with subsequent annealing [J].Thin Sol id Films, 2012, 520 (23):6864-6868.主要描述了通過添加輔助恒電流電位在玻璃上沉積ZnS，然后在進(jìn)行熱處理。通過沉積得到了纖鋅礦結(jié)構(gòu)禁帶寬度偏低的產(chǎn)物，通過熱處理可以提高禁帶寬度。
[0008][5] Dhanya A C，Murali K V, Preetha K C，et al.Effect of deposit1n timeon optical and luminescence properties of ZnS thin films prepared by photo assistedchemical deposit1n technique [J].Materials Science in Semiconductor Processing,2013，16(3): 955-962.通過PCD的方法在玻璃上沉積ZnS，得到的產(chǎn)物帶隙能量均與理論值吻合。光致發(fā)光光譜觀察到兩個連續(xù)的發(fā)射譜帶大約450和470 nm,并且強(qiáng)度被發(fā)現(xiàn)依賴于薄膜的厚度。
[0009]

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，而發(fā)明了一種與現(xiàn)有技術(shù)的制備方法完全不同的，硫化鋅太陽電池用光電薄膜材料的制備工藝。
[0010]本發(fā)明采用旋涂一化學(xué)共還原法制備硫化鋅光電薄膜材料，采用鈉鈣玻璃片或硅片為基片，以ZnO和CH4N2S為原料，去離子水、乙醇、乙二醇、鹽酸中的一種或兩種以上的混合物為溶劑，先以旋涂法制備一定厚度的硫化鋅的前驅(qū)體薄膜，元素計量比為ZnS，以水合聯(lián)氨為還原劑，在密閉容器內(nèi)在較低溫度下加熱，使前驅(qū)體薄膜還原并發(fā)生合成反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物。
本發(fā)明的具體制備方法包括如下順序的步驟:
a.進(jìn)行基片的清洗，將大小為2mmX2mm玻璃基片或硅基片放入體積比HCl:蒸餾水=
I:50的溶液中，加熱煮沸30 min ;再將基片放入體積比雙氧水:HC1=1:1的溶液中，水浴加熱90 C保溫30 min ;再在蒸懼水中將基片用超聲波振湯1min ;將上述得到的基片排放在玻璃皿中送入烘箱中烘干供制膜用。
[0011]b.將ZnO和CH4N2S放入溶劑中，使溶液中的物質(zhì)均勻混合。具體地說，可以將
1.06?2.13份Zn。、1.0?2.0份CH4N2S放入60?240份的溶劑中，使溶液中的物質(zhì)均勻混合，其中溶劑為去離子水、乙醇、乙二醇、鹽酸中的一種或兩種以上的混合物。
[0012]c.制作外部均勻涂抹驟b所述溶液的基片，并烘干，得到前驅(qū)體薄膜樣品。可以將上述溶液滴到放置在勻膠機(jī)上的基片上，再啟動勻膠機(jī)以200?3500轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)一定時間，使滴上的溶液涂布均勻后，并對基片進(jìn)行烘干后，再次重復(fù)滴上前述溶液和旋涂后再烘干，如此重復(fù)4?8次，于是在基片上得到了一定厚度的前驅(qū)體薄膜樣品。
[0013]d.將步驟c所得前驅(qū)體薄膜樣品置于支架上，放入有水合聯(lián)氨的可密閉容器，使前驅(qū)體薄膜樣品不與聯(lián)氨接觸。水合聯(lián)氨放入量為60.0?105.0份。將上述裝有前驅(qū)體薄膜樣品的密閉容器放入烘箱中，加熱至160?220 V之間，保溫時間20?40小時，然后冷卻到室溫取出。
[0014]e.將步驟d所得產(chǎn)物，進(jìn)行自然干燥后，即得到硫化鋅光電薄膜。
[0015]本發(fā)明不需要高溫高真空條件，對儀器設(shè)備要求低，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率高，易于操作。所得硫化鋅光電薄膜有較好的連續(xù)性和均勻性，這種新工藝容易控制目標(biāo)產(chǎn)物的成分和結(jié)構(gòu)，為制備高性能的硫化鋅光電薄膜提供了一種低成本、可實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)的方法。
【附圖說明】
[0016]圖1為加熱至180°C保溫時間20小時所得硫化鋅光電薄膜的XRD圖譜。
【具體實施方式】
[0017]實施例1
a.基片的清洗:如前所述進(jìn)行清洗玻璃基片(大小為2mmX2mm)。
[0018]b.將1.06份ZnO和I份CH4N2S放入玻璃瓶中，加77.037份乙醇，利用超聲波振動30min以上，使溶液中的物質(zhì)均勻混合。
[0019]c.將上述溶液滴到放置在勻膠機(jī)上的玻璃基片上，再啟動勻膠機(jī)，勻膠機(jī)以200轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)動5秒，以3000轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)15秒，使滴上的溶液涂布均勻后，對基片進(jìn)行烘干后，再次重復(fù)滴上前述溶液和旋涂后再烘干，如此重復(fù)8次，于是在基片上得到了一定厚度的前驅(qū)體薄膜樣品。
[0020]d.將上述工藝所得的前驅(qū)體薄膜樣品放入可密閉的容器，并放入77.037份水合聯(lián)氨，前驅(qū)體薄膜樣品置于支架上使其不與聯(lián)氨接觸，將裝有前驅(qū)體薄膜樣品的密閉容器放入烘箱中，加熱至180°C，保溫時間20小時，然后冷卻到室溫取出。
[0021]e.將上述步驟d所得產(chǎn)物，進(jìn)行自然干燥后，即得到硫化鋅光電薄膜。
【主權(quán)項】
1.一種制備硫化鋅光電薄膜的方法，包括如下順序的步驟:a.玻璃基片或硅基片的清洗； b.將1.06?2.13份ZnO、1.0?2.0份CH4N2S放入60?240份的溶劑中，使溶液中的物質(zhì)均勻混合；c.制作外部均勻涂抹步驟b所述溶液的基片，并烘干，得到前驅(qū)體薄膜樣品； d.將步驟c所得前驅(qū)體薄膜樣品置于支架上，放入有水合聯(lián)氨的可密閉容器，使前驅(qū)體薄膜樣品不與聯(lián)氨接觸，將裝有前驅(qū)體薄膜樣品的密閉容器放入烘箱中，加熱至160?220°C之間，保溫時間20?40小時，然后冷卻到室溫取出；e.將步驟d所得產(chǎn)物，進(jìn)行自然干燥，得到硫化鋅光電薄膜。2.如權(quán)利要求1所述的一種制備硫化鋅光電薄膜的方法，其特征在于，步驟a所述清洗，是將大小為2mmX 2mm玻璃基片或硅基片，先放入體積比HCl:蒸餾水=I:50的溶液中加熱煮沸30 min ;再將基片放入體積比雙氧水:HC1=1:1的溶液中，水浴加熱90°C保溫30min ;再在蒸懼水中將基片用超聲波振湯；將上述得到的基片排放在玻璃皿中送入供箱中烘干供制膜用。3.如權(quán)利要求1所述的一種制備硫化鋅光電薄膜的方法，其特征在于，步驟b所述溶劑為去離子水、乙醇、乙二醇、鹽酸中的至少一種。4.如權(quán)利要求1所述的一種制備硫化鋅光電薄膜的方法，其特征在于，步驟c所述均勻涂布的基片，是通過勻膠機(jī)旋涂，勻膠機(jī)以200?3500轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)，然后對基片進(jìn)行烘干后，再次如此重復(fù)2?15次，得到了一定厚度的前驅(qū)體薄膜樣品。5.如權(quán)利要求1所述的一種制備硫化鋅光電薄膜的方法，其特征在于，步驟d所述密閉容器內(nèi)放入60.0?105.0份水合聯(lián)氨。
【專利摘要】一種制備硫化鋅光電薄膜的方法，屬于光電薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明通過如下步驟得到，首先清洗基片，然后將ZnO、CH4N2S放入溶劑中，采用旋涂法在基片上得到前驅(qū)體薄膜，烘干，放入有水合聯(lián)氨的可密閉容器中，使前驅(qū)體薄膜樣品不與聯(lián)氨接觸，最后進(jìn)行干燥，得到硫化鋅光電薄膜。本發(fā)明不需要高溫高真空條件，對儀器設(shè)備要求低，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率高，易于操作。所得硫化鋅光電薄膜有較好的連續(xù)性和均勻性，這種新工藝容易控制目標(biāo)產(chǎn)物的成分和結(jié)構(gòu)，為制備高性能的硫化鋅光電薄膜提供了一種成本低、可實現(xiàn)工業(yè)化的制備方法。
【IPC分類】H01L31/0216, H01L31/18
【公開號】CN105097989
【申請?zhí)枴緾N201410261270
【發(fā)明人】劉科高, 高穩(wěn)成, 李靜, 張力, 石磊
【申請人】山東建筑大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2014年6月13日