[实用新型]一种铜锌锡硫薄膜的沉积装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池制备技术领域，更具体地，涉及一种铜锌锡硫薄膜的沉积装置。

背景技术

四元化合物铜锌锡硫（CZTS）不仅具有较高的光吸收系数(> 10⁴ cm^-1)和与太阳能电池所需要的最佳禁带宽度相匹配的禁带宽度（约为1.50 eV），而且其组成元素在地壳中储存量丰富、毒性低，被认为是一种绿色、廉价、适合大规模生产的太阳能电池吸收层材料。

关于CZTS的研究已经有40多年的历史，1967年，Nitsche等成功地通过气相碘运输法制得单晶Cu₂ZnSnS₄。随后Nitsche又研究并报告了Cu₂-II-IV-S₄(Se₄)系列单晶的结构属性；1997年，日本的Katagiri小组制备了第一个效率为0.66%的CZTS薄膜太阳能电池，开辟了CZTS在太阳能电池上的广泛研究；同年，Friedlmeier采用真空蒸发制备了CZTS薄膜，并制作了一个效率为2.3%的CZTS/CdS/ITO异质结；2010年，美国IBM公司的Todorow等人采用水合肼作为溶剂制备CZTS薄膜太阳能电池的转化率提高到了9.7%；最近他们进一步优化了CZTS硒化制备薄膜太阳能电池，其效率提高到了12.7%。虽然对于CZTS的研究取得一定的进步，但是CZTS太阳能电池的整体太阳能转化率还需要进一步的提高，而且在现有CZTS薄膜的制备工艺中均存在实验条件比较苛刻、原材料有毒、设备和材料成本昂贵等缺陷，同时，虽然也有一些制备CZTS薄膜的装置，但这些装置均需要高温、高压或点击等装置，使得装置本身设备复杂、成本高且存在安全隐患。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术所存在的上述缺陷，提供一种铜锌锡硫薄膜的沉积装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案予以实现的：

一种铜锌锡硫薄膜的沉积装置，包括源溶液供应装置、溶液混合装置、光化学反应装置和脉冲紫外光光源系统，所述脉冲紫外光光源系统位于光化学反应装置的上端。

现有关于铜锌锡硫薄膜的制备有很多方法，如磁控溅射法、真空共同蒸发法、水热合成法或电化学法等，这些方法不是在高温下进行，就需要电、磁、或高压的条件，使得实验条件较为苛刻，本发明所述沉积装置是本发明申请人基于常温常压（约为28℃）下紫外光照射可分解硫代硫酸根离子（S₂O₃^2-）来提供硫源的原理设计得到。

优选地，本发明所述沉积装置是配合脉冲光化学法制备铜锌锡硫薄膜使用的。在脉冲光化学法制备铜锌锡硫薄膜中，CuSO₄、ZnSO₄、SnSO₄等含有金属离子的溶液用来来提供金属离子，EDTA为络合剂调控金属离子的浓度，Na₂S₂O₃（或(NH₄)₂S₂O₃）为硫源，稀H₂SO₄调节溶液的PH值。将这些溶液混合，并在常温常压且紫外光的照射下即可在衬底上沉积铜锌锡硫薄膜。

本发明所述沉积装置的工作原理如下：源溶液供应装置用于盛放反应所需的源溶液，源溶液进入溶液混合装置进行混合，混合后的溶液进入光化学反应装置，此时将清洗干净的衬底置于混合溶液中，并保持衬底离混合溶液的液面的距离保持在2～5mm，打开位于光化学反应装置上端的脉冲紫外光光源系统，采用脉冲紫外光光源系统照射衬底即可在衬底上沉积铜锌锡硫薄膜。

申请人通过前期研究发现，连续紫外光虽然也可以沉积铜锌锡硫薄膜，但是，沉积得到的薄膜没有通过脉冲紫外光照射沉积得到的铜锌锡硫薄膜性能好，因此，本实用新型选用脉冲紫外光光照系统。

优选地，所述源溶液供应装置设有盛放源溶液的相互独立的容器。

优选地，所述源溶液供应装置、与溶液混合装置之间、溶液混合装置与光化学反应装置之间分别设有蠕动泵和蠕动泵；其中，蠕动泵控制每个源溶液的流量从而控制混合溶液的浓度比；蠕动泵用于将溶液混合装置中的混合溶液泵入光化学反应装置，从而使得整个薄膜的沉积过程可控。