[发明专利]一种深紫外光化学水浴沉积制备硫化镉纳米薄膜的方法

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，涉及一种深紫外光化学水浴沉积制备硫化镉纳米薄膜的方法。

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。太阳能是一种取之不尽、用之不竭、清洁高效的可再生能源，太阳能光伏发电将太阳能通过太阳电池等光伏器件的光电转换，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（如碲化镉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，工业化生产的薄膜太阳能电池实际转换效率受缓冲层材料——硫化镉薄膜的质量影响很大。硫化镉的禁带宽度约为2.42eV，能允许绝大部分的可见光透过。而且由于硫化镉与CuIn_xGa_1-xSe₂等吸收层材料晶格失配率小，所以被广泛用作薄膜太阳能电池的缓冲层材料。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，一些硫化镉薄膜的制备方法已陆续出现，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（CSS），MOCVD。在化学方法制备的过程中，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。CBD方法是最常用的制备CdS薄膜的方法，而且制备的电池效率较高。但是CBD方法薄膜生长速度较快，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。电化学沉积法需要导电的衬底且工艺复杂，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。

针对以上问题，急需找到一种经济、便捷以及能实现大面积沉积且反应可控的硫化镉薄膜制备技术。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种深紫外光化学水浴沉积制备硫化镉纳米薄膜的方法，所述方法能够使硫源的释放得到控制，提高了薄膜生长的均匀性。且由于沉积反应在液相、低温条件下进行，所以容易避免衬底的氧化和腐蚀，反应采用溶液反应，容易沉积得到无针孔、均匀一致的高质量薄膜。在本发明的工艺过程中，沉积液性质保持稳定，能实现内循环再利用，使原料的利用率大大提高，降低污水处理的成本，能够实现低成本、过程可控的大面积制备硫化镉纳米薄膜。

本发明的上述目的是通过以下技术方案予以实现：

一种深紫外光化学水浴沉积制备硫化镉纳米薄膜的方法，将金属源CdSO₄、硫源Na₂S₂O₃、 含SO₃^2-的硫源释放控制剂及H₂SO₄溶液混合，得到沉积液，将沉积液的pH值稳定在3.5~4.0，将衬底浸渍于沉积液中，使沉积液液面与衬底的上表面的距离小于1mm，使用LED深紫外光照射，形成硫化镉纳米薄膜。

优选地，所述金属源CdSO₄浓度为1.5×10^-3~2.5×10^-3mol/L，硫源Na₂S₂O₃浓度为0.08~0.15mol/L、含SO₃^2-的硫源释放控制剂浓度为4×10^-4~7.5×10^-4mol/L、H₂SO₄溶液的质量分数为0.3%。

优选地，所述金属源CdSO₄、硫源Na₂S₂O₃、含SO₃^2-的硫源释放控制剂以及H₂SO₄溶液的混合体积比为1:1:1:1。