[发明专利]一种紫外光化学水浴沉积法制备硫化锌薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电材料技术领域，具体地，涉及一种紫外光化学水浴沉积法制备硫化锌薄膜的方法。

背景技术

近年来，由于能源的过度消耗和环境污染的逐渐加重，可再生能源的利用与开发显得越来越紧迫，这是人类正面临着一项重大的挑战，也为各种新能源技术带来了巨大的机遇。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭、清洁高效的可再生能源并且太阳能光伏发电将取之不尽的辐射到地面上的太阳能通过太阳电池等光伏器件的光电转换而源源不断地转变成为电能，已经成为可再生能源中最安全、最环保和最具潜力的竞争者。目前，薄膜太阳能电池已经成为了发展趋势的主流，而直接带隙材料组成的多元化合物薄膜太阳能电池（碲化镉CdTe、铜铟硒CuInSe₂和铜铟镓硒CuIn_xGa_1-xSe₂等）具有较高的转换效率、易于大规模生产等优点，成为了目前最具有发展潜力的太阳能电池材料，吸引了业界的广泛关注。

目前，工业化生产的太阳能电池实际转换效率受窗口层材料——硫化镉薄膜的质量影响很大。硫化镉的禁带宽度约为2.42eV，作为一种重要的半导体材料，由于其能允许绝大部分的可见光透过而被广泛用作薄膜太阳能电池的窗口材料。因此，硫化镉薄膜质量的好坏直接影响太阳能电池的转换效率。

迄今为止，人们已经发展了一些硫化镉薄膜的制备方法，通常有化学水浴沉积（CBD），电化学沉积(ECD)，真空溅射，闭空间升华法（CSS），MOCVD。CBD方法是最常用的制备CdS薄膜的方法。由于CdS 在水中溶解度很低，溶液中Cd离子和S离子会结合沉积在衬底表面形成CdS薄膜。但是CBD方法镀膜速度较慢，反应开始以后无法控制，工业生产中会涉及到大量废水处理的问题。另外，电化学沉积法需要导电的衬底，所以限制了这种方法的应用。而其他真空工艺成本过高，不适合在太阳能电池工艺中使用。针对这些实际问题，我们急需找到一种经济、便捷以及能实现大面积沉积的薄膜制备技术。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种低成本、生长速度可控的紫外光化学水浴沉积法制备硫化锌薄膜的方法，将经过表面活化处理的衬底浸渍在沉积混合液中，不外加电场或其它能量，在常温常压下通过紫外光的照射分解硫代硫酸根离子（S₂O₃^2-）来提供硫源，并利用络合剂EDTA控制反应物的络合和反应，即可在衬底上沉积制备硫化物薄膜。由于沉积反应在液相、低温条件下进行，避免了衬底的氧化和腐蚀，而且反应的基本基团是离子，较容易沉积得到无针孔、均匀一致的高质量薄膜。

本发明的另一目的在于提供一种实现上述方法的装置。

本发明的上述目的是通过以下技术方案予以实现。

一种紫外光化学水浴沉积法制备硫化锌薄膜的方法，将金属源CdSO₄或ZnSO₄、络合剂、含S₂O₃^2-的硫源、H₂SO₄溶液混合，调节H₂SO₄溶液的加入量使混合液pH≥3.5，将衬底浸渍于混合液中，并保持液面与衬底的上底面的距离为2~5mm，紫外光照射，衬底上形成硫化锌薄膜。

本发明将经过表面活化处理的衬底浸渍在沉积混合液中，不外加电场或其它能量，在常温常压下通过紫外光的照射分解硫代硫酸根离子（S₂O₃^2-）来提供硫源，并利用络合剂控制反应物的络合和反应，即可在衬底上沉积制备硫化物薄膜。由于沉积反应在液相、低温条件下进行，避免了衬底的氧化和腐蚀，而且反应的基本基团是离子，较容易沉积得到无针孔和均匀一致的高质量薄膜。在制备过程中，只在紫外光照的位置发生反应而沉积薄膜，与CBD法相比本发明材料利用率高，产生的废液也少很多，通过控制光斑的位置和形状就可以容易控制薄膜形状，通过控制光照时间可以精确控制薄膜厚度。所述光化学沉积法制备硫化锌薄膜的方法生产成本低，设备简单，容易制备出大面积较均匀的薄膜。薄膜以下化学反应生成：

2H⁺+S₂O₃^2-→S+H₂SO₃（1）