[发明专利]硫化铟薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明是涉及硫化铟薄膜的制备，且特别是涉及一种利用化学浴沉积法(chemical bath deposition)形成硫化铟薄膜的方法。

背景技术

在薄膜太阳能电池中，缓冲层是相当重要的一部分，其能与吸收层形成p-n接面(p-n junction)，帮助电子有效传导，使光能得以充分转换成为电能。

自从1982年波音公司发表了化学浴镀膜法(也称化学浴沉积法，chemical bath deposition，CBD)，化学浴镀膜法便成为一广为人知的薄膜制备技术。该技术的优点包括容易实施、设备成本低廉、镀膜品质优良等，因此适用于太阳能电池缓冲层的制备。

在化学浴镀膜法制程当中，会牵涉到两种成核机制，包括同质成核以及异质成核。异质成核是溶液当中的阴阳离子在异质界面上形成晶核，该晶核经过后续离子继续堆栈的化学反应，成长并在异质界面处形成薄膜。同质成核则为在液体中阴阳离子直接形成晶核，经过后续离子继续堆栈的化学反应之后，在溶液中形成了颗粒状的悬浮物。

一般而言，将化学浴镀膜法运用在制备太阳能电池缓冲层材料时，反应主要由氢硫根离子(HS^-)以及金属离子反应，形成金属硫化物薄膜沉积于基材上。传统上，由于用以提供氢硫根离子的化学品为硫脲，其必须在碱性环境下与氢氧根(OH^-)作用才会将氢硫根离子释放至溶液中，在酸性环境下则会释放硫离子(S^2-)，因此以化学浴镀膜法制备缓冲层时一般是在碱性环境下进行。然而，若所使用的金属离子在碱性环境下容易形成不溶性的氢氧化物沉淀，则无法利用化学浴镀膜法来制备所需的金属硫化物薄膜。

常见的缓冲层材料为硫化镉(CdS)，但镉为重金属，对人与环境易造成危害，故开发无镉缓冲层为未来研发的重要方向。硫化铟(In₂S₃)为目前研究较多的无镉缓冲层材料。硫化铟的制备方法例如为原子层沉积法(atomic layer deposition，ALD)、蒸镀法(evaporation)及溅射法(sputtering)等。然而，气相制备的方法大多需要真空、高温等严苛的条件，容易破坏薄膜原有的形貌。

因此，目前亟需开发一种方法简单、成本低廉、毒性危害少、且可大规模生产的缓冲层制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方法简单、成本低廉、毒性危害少、且可大规模生产的缓冲层的硫化铟薄膜的制备方法。

本发明一实施方式提供一种硫化铟薄膜的制备方法，包括：提供一含有络合剂(complexing agent)、铟离子、以及氢硫根离子的混合溶液；以及将该混合溶液与一基板接触，以于该基板上形成一硫化铟(In₂S₃)薄膜；其中该络合剂具有下列化学式：

其中，R₁及R₂各自独立地为氢或羟基。

本发明提供的硫化铟薄膜的制备方法，其反应时间短、镀膜品质佳、反应温度低、方法简单、成本低廉且毒性危害少，故产业应用性佳。

为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：

附图说明

图1为一典型的薄膜太阳能电池的剖面图；

图2-4为根据本发明实施例1-3所形成硫化铟薄膜的SEI图；

图5为根据本发明实施例3所形成CIGS电池的电压与电流密度的关系；

图6为根据本发明实施例4所形成硫化铟薄膜的SEI图；

图7为根据本发明实施例4所形成的硫化铟薄膜的莱曼光谱图谱；

图8为根据本发明实施例5所形成硫化铟薄膜的SEI图；

图9为根据本发明实施例5所形成的硫化铟薄膜的莱曼光谱图谱；

图10-13为根据本发明比较例1-2所形成硫化铟薄膜的SEI图，以及所形成CIGS电池的电压与电流密度的关系；

图14为根据本发明实施例4、5及比较例1、2所形成的硫化铟薄膜的莱曼光谱图谱；

其中，主要元件符号说明：

102～基材；          104～电极；        106～吸收层；

108～缓冲层；        110～透明导电层。

具体实施方式