[发明专利]一种采用化学浴反应制备ZnS薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜太阳能电池制备技术领域，是一种采用化学浴反应制备ZnS薄膜的方法。

背景技术

CIGS薄膜太阳能电池作为最有发展潜力的薄膜太阳能电池，吸引各国学者进行了大量研究。CIGS薄膜太阳能电池构成一般为：钼层/CIGS吸收层/缓冲层/本征氧化锌层/导电窗口层。目前CIGS薄膜太阳能电池主要采用CdS作为缓冲层，但存在以下缺点：(1)CdS的禁带宽度为2.4eV，不利于电池对短波段光线的吸收；(2)Cd为重金属，在制备CdS缓冲层时产生的含Cd2+废液对环境有害。因此开发一种宽禁带无毒害缓冲层成为CIGS薄膜太阳能电池领域的一个研究热点。ZnS禁带宽度3.7eV，且对环境无害，被认为是CdS缓冲层最好的替代材料。目前制备ZnS薄膜方法主要有溅射法、化学气相沉积法、化学浴法等，在这些制备方法中化学浴制备的ZnS薄膜的性能好，且设备简单，操作方便，工艺重复性好，适合大规模工业化生产。但目前化学浴法制备ZnS薄膜所需要沉积时间较长，或需要多次重复沉积才能达到目标厚度。

发明内容

本发明目的是提供一种化学浴反应制备均匀致密ZnS薄膜的方法。此方法不仅设备简单，操作方便，工艺重复性好，且制得的ZnS薄膜均匀致密、透过率高、沉积速率较快、薄膜厚度可控，满足CIGS薄膜太阳能电池用缓冲层的性能要求。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种采用化学浴反应制备ZnS薄膜的方法，其特征在于：所述方法采用硫酸锌和硫脲分别作为锌源和硫源，以氯化铵为缓冲剂，氨水和联氨为联合络合剂，制得ZnS薄膜。

采用化学浴反应制备ZnS薄膜的方法包括以下步骤：

(1)分别称取一定量的硫酸锌、硫脲和氯化铵，加入适量去离子水溶解得到三种溶液；

(2)首先将硫酸锌和氯化铵溶液倒入烧杯中并搅拌均匀，然后加入一定体积的浓氨水和联氨并搅拌均匀，最后加入硫脲溶液和去离子水定容后搅拌均匀；

(3)将已清洗干净的基片用夹具夹持，竖直放入反应容器内，将配制好的反应溶液加入反应容器内；

(4)将反应容器放入已达设定温度的水浴锅内，并立即开始搅拌，搅拌停止后可继续维持设定的水浴反应时间直至反应结束；

(5)将基片从反应容器中取出，用去离子水冲洗，然后吹干。

上述的一种采用化学浴反应制备ZnS薄膜的方法。其特征在于采用硫酸锌作为锌源，以硫脲作为硫源，以氯化铵为缓冲剂，氨水和联氨为联合络合剂，反应溶液浓度为：硫酸锌：0.005～0.3mol/L、氯化铵：0.005～0.1mol/L、硫脲：0.05～2mol/L、氨水：0.1～3mol/L、联氨：0.1～2mol/L。

上述的一种采用化学浴反应制备ZnS薄膜的方法。其特征在于配制反应溶液时，各组分的添加具有一定的顺序，即：首先将硫酸锌和氯化铵溶液倒入烧杯中并搅拌均匀，然后加入一定体积的浓氨水和联氨并搅拌均匀，最后加入硫脲溶液和去离子水定容后搅拌均匀。

上述的一种采用化学浴反应制备ZnS薄膜的方法。其特征在于整个反应过程中基片保持竖直放置。

上述的一种采用化学浴反应制备ZnS薄膜的方法。其特征在于水浴反应同时进行搅拌以促进溶液均匀反应。其中优选基片温度即水浴锅的设定温度为50℃～90℃，搅拌时间1min～30min，水浴反应时间为5min～30min。

本方法所包含以下有益效果：

整个水浴反应过程中基片保持竖直放置，避免反应过程中产生大块颗粒物沉积在基片表面，同时反应过程中的搅拌不仅促使反应溶液更均匀，而且可以避免气泡和颗粒物吸附在基片表面，从而提高ZnS薄膜的质量。

目前，人们通常采用氨水体系水浴制备ZnS缓冲层，但是其所需要的反应溶液浓度较高。本发明采用硫酸锌和硫脲分别作为锌源和硫源，以氯化铵为缓冲剂，氨水和联氨为联合络合剂，可使反应溶液浓度大为降低，仅为氨水体系1/3～1/5，因此本发明不仅节约生产原料，降低成本，而且较低的反应溶液浓度对后期反应废液的处理有利，易于满足工业生产节能减排的要求。此外，以氨水和联氨作为联合络合剂，薄膜生长速度快，在5～30min内即可完成ZnS薄膜的制备，显著提高生产效率。

本发明采用化学浴反应制备ZnS缓冲层，所需设备及化学试剂价格便宜，制备工艺简单且重复性非常好，所制备的ZnS薄膜均匀致密无针孔且透过率高。非常适合大规模工业化生产。

附图说明

图1为实施例1中在玻璃衬底上制备的ZnS薄膜表面SEM照片。