[发明专利]铜锑硫薄膜材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种铜锑硫薄膜材料的制备方法，该铜锑硫薄膜材料的制备方法包括以下步骤：基材表面清洁处理；在清洁处理后的基材表面通过射频或直流反应共溅射沉积Cu‑Sb‑S预制层；将表面沉积有Cu‑Sb‑S预制层的基材放入反应性气氛下进行高温退火处理；对高温退火处理后的Cu‑Sb‑S预制层的表面进行刻蚀处理，得到铜锑硫薄膜材料。本发明提出的铜锑硫薄膜材料的制备方法具有成本低、薄膜成分易控可调、重现性好和适合薄膜大面积生长等优点，所制备的薄膜具有良好的成分可控性和均匀性，以及优越的结晶质量及性质。

技术领域

本发明涉及光电材料技术领域，尤其涉及一种铜锑硫薄膜材料的制备方法。

背景技术

当前全球能源危机和大气污染问题日益突出，全世界都把目光投向可再生能源，其中太阳能以其独有的优势而成为人们关注的焦点。丰富的太阳辐射能是重要的能源，取之不尽、用之不竭，是人类能够自由利用的能源。太阳能的直接利用方式主要有三种：光热转化、光化学转化和光电转换。太阳能热水系统是光热转化的典型应用，目前已被广泛应用。光化学转换基本处于实验室阶段，比较典型的就是光化学制氢。光电转化则是太阳能利用最重要的方向之一，其主要表现形式为光伏发电。

在当前我国经济调整的拐点下，光伏发电将迎来新的技术进步和产业增长，作为一种利用太阳能的新能源，并不需要像传统能源那样竞争石油、煤炭等资源，而是体现在对核心技术的需求上。就在2016年4月19日，国家发改委和能源局共同发布了新能源技术革命创新行动计划(2016–2030年)和能源技术革命重点创新行动路线图，表明对能源改革的决心和技术创新的重视。太阳电池作为光伏发电的主体，其生产成本和转换效率决定了应用价值。目前来看，作为市场主流的晶硅太阳电池，其技术发展空间在逐渐缩小，且依然没有达到与化石燃料发电成本持平的地步，因此发展新型的低成本电池材料以及合适的制备技术是很有必要的。

当前商业化的Cu(In,Ga)Se₂和CdTe薄膜太阳电池面临着In、Ga、Se和Te的资源紧缺或Cd的环境污染问题。开发新型矿源丰富、环境友好的光吸收层材料及其低成本制备技术是薄膜太阳电池领域的重要发展方向。铜锑硫薄膜材料以其约1.5eV的直接带隙（与太阳辐射匹配性好）、光吸收系数高、原料在地壳中储量大、成本低、效率高、无衰减和无毒等诸多优点，成为化合物薄膜太阳能电池光电转化材料的最佳候选材料。

铜锑硫薄膜材料的制备方法一般采用化学水浴法、肼溶液法、溶胶凝胶、蒸发法，然后在含硫的气氛下进行高温退火处理。化学水浴法反应较为复杂，难以精确控制薄膜组成，沉积速率也较慢，并且难以大面积生产和推广。肼溶液存在有毒物质，并不易大面积推广、附着力差等。溶胶凝胶有机物挥发带来的杂质残留、细孔的产生、有毒及高成本有机物的使用、厚度、附着力和成分不易控制。蒸发法由于不同材料饱和蒸汽压的区别，不同蒸发源的蒸发速率及蒸发量难以精确控制，因而在制备多元薄膜时难以保证大面积成膜均匀性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种铜锑硫薄膜材料的制备方法，旨在解决现有方法制备铜锑硫半导体薄膜材料过程中存在的成分不易控制、均匀性欠佳、表面缺陷较多及易产生不利杂相的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供的铜锑硫薄膜材料的制备方法包括以下步骤：

第一步：基材表面清洁处理；

第二步：在清洁处理后的基材表面通过射频或直流反应溅射沉积Cu-Sb-S预制层；

第三步：将表面沉积有Cu-Sb-S预制层的基材放入反应性气氛下进行高温退火处理；

第四步：对高温退火处理后的Cu-Sb-S预制层的表面进行刻蚀处理，得到铜锑硫薄膜材料。

优选地，所述第二步中，采用的溅射气体为硫化氢和氩气的混合气体，采用的阴极靶为铜源靶材和锑源靶材。