[发明专利]一种Ba3

说明书

本发明提出了一种Basubgt;3/subgt;Zrsubgt;2/subgt;Ssubgt;7/subgt;薄膜及其制备方法和应用，用以解决当前钙钛矿薄膜的稳定性差、污染环境、禁带宽度不适的技术问题，制备方法包括以下步骤：将BaCOsubgt;3/subgt;和ZrOsubgt;2/subgt;原材料粉末进行硫化反应，生成BaZrSsubgt;3/subgt;粉末，将BaZrSsubgt;3/subgt;粉末制成BaZrSsubgt;3/subgt;靶材；将BaSOsubgt;4/subgt;原材料粉末进行硫化反应，生成BaS粉末，将BaS粉末制成BaS靶材；将两种靶材进行溅射镀膜，制得前驱体薄膜；将前驱体薄膜进行重结晶处理，制得Basubgt;3/subgt;Zrsubgt;2/subgt;Ssubgt;7/subgt;薄膜。本发明获得了不含铅且环境友好、性能稳定、光电性能优异的Basubgt;3/subgt;Zrsubgt;2/subgt;Ssubgt;7/subgt;薄膜；该材料的光学禁带宽度为1.5eV，在光伏电池领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于新型半导体材料技术领域，尤其涉及一种Ba₃Zr₂S₇薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

在当代社会，实现对清洁太阳能源的有效利用，是人类孜孜以求的目标。近年来，得益于高效率和低温溶液制备等优势，有机或无机杂化铅卤钙钛矿太阳能电池取得了迅速发展，其效率已经超过了25％。

然而，有机或无机杂化铅卤钙钛矿的不稳定性和含有生物毒性元素铅是不可忽视的两大问题，成为限制其大规模商业化应用的难题。尚缺少一种方法能够制备禁带宽度适宜(处于最佳的太阳能电池吸收禁带宽度1.5eV左右)且稳定、环境友好的钙钛矿薄膜。

硫化物钙钛矿材料具有独特的化学和物理特征，相比卤化物钙钛矿具有更好的稳定性且环境友好；例如专利CN105914296A公开了一种利用射频磁控溅射技术制备钙钛矿薄膜的方法，所制备的有机金属卤化物钙钛矿薄膜含有铅元素；相比氧化物钙钛矿具有适宜的禁带宽度作为太阳能吸收层；相比氮化物更容易合成。但是，目前针对硫化物钙钛矿薄膜制备研究较少。因而，如何研究出一种能够制备出高稳定性、环境友好、禁带宽度适宜的硫化物钙钛矿薄膜的方法，一直是本领域内技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

针对当前钙钛矿薄膜的稳定性差、污染环境、禁带宽度不适的技术问题，本发明提出了一种Ba₃Zr₂S₇薄膜及其制备方法和应用，所制备硫化物钙钛矿薄膜实现了高稳定性、环境友好、禁带宽度适宜的目的，在光伏电池领域具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种Ba₃Zr₂S₇薄膜的制备方法，包括以下步骤：

S1.将BaCO₃和ZrO₂原材料粉末进行硫化反应，生成BaZrS₃粉末，将BaZrS₃粉末制成BaZrS₃靶材；

S2.将BaSO₄原材料粉末进行硫化反应，生成BaS粉末，将BaS粉末制成BaS靶材；

S3.将步骤S1和步骤S2获得的靶材进行溅射镀膜，制得前驱体薄膜；

S4.将步骤S3中获得的前驱体薄膜进行重结晶处理，制得Ba₃Zr₂S₇薄膜。

所述步骤S1中制备BaZrS₃靶材的具体步骤为：