CN102560374A - 一种控制先驱体晶粒度制备FeS2薄膜的方法 - Google Patents

一种控制先驱体晶粒度制备FeS2薄膜的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102560374A
CN102560374A CN2012100066067A CN201210006606A CN102560374A CN 102560374 A CN102560374 A CN 102560374A CN 2012100066067 A CN2012100066067 A CN 2012100066067A CN 201210006606 A CN201210006606 A CN 201210006606A CN 102560374 A CN102560374 A CN 102560374A
Authority
CN
China
Prior art keywords
film
pure
fes
substrate
fineness number
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012100066067A
Other languages
English (en)
Inventor
孟亮
王峰
汪牡丹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN2012100066067A priority Critical patent/CN102560374A/zh
Publication of CN102560374A publication Critical patent/CN102560374A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种控制先驱体晶粒度制备FeS2薄膜的方法。镀膜基底在饱和铬酸溶液中煮沸后用去离子水冲洗，再依次在丙酮、无水乙醇、去离子水中超声波振荡清洗烘干；溅射纯Fe膜，控制基底温度及厚度。将纯Fe膜和硫粉封装于玻璃管中硫化处理。发明可得到细小均匀的先驱体铁膜晶粒度，晶粒尺寸大小可方便控制。可以利用优化先驱体膜溅射及随后的硫化处理两不同技术的优化，灵活控制最终得到的FeS2薄膜质量及状态，控制手段和过程更为灵活，有利于优化制备技术。也可为FeS2薄膜的工业化生产提供更多选择。

Description

一种控制先驱体晶粒度制备FeS2薄膜的方法
技术领域
本发明涉及一种制备FeS2薄膜的方法，尤其是涉及一种通过控制先驱体晶粒度制备FeS2薄膜的方法。
背景技术
目前煤炭、石油及天然气等一次性能源已越来越不能满足需要，储量也在迅速减少。取之不尽、用之不竭的太阳能已成为新能源利用开发的重点，其中主要开发形式之一是力图将太阳光能有效地转化为电能来造福人类。FeS2具有合适的禁带宽度和高的光吸收系数，其组成元素储量丰富、无毒，是一种极具发展潜力的太阳能电池材料。太阳能电池是将光能直接转化为电能的器件，其中的光电极材料是太阳能电池的核心，目前一些新的太阳能电池材料正在不断地被研制开发。在这些材料中，立方晶系的FeS2薄膜具有广阔的发展应用前景已受到科技界的高度重视，已引起广泛关注，目前存在的主要问题是急需在制备技术等方面迅速发展，以便能够使其更快应用到新能源事业。
纯Fe膜热硫化法是合成FeS2薄膜的重要方法之一。然而，薄膜的质量和特性一般对制备方法相当敏感，因此寻求合适制备方法及优化制备参数相当重要。关于FeS2薄膜的制备技术也有较多公布。专利ZL02111221.5公布了一种单晶硅片衬底的磁控溅射铁膜合成FeS2的制备方法，但此种技术仅可用于FeS2薄膜生长研究的实验样品，不适用于实际大量使用。Raturi等在其研究论文（Renewable Energy, 2000, vol.20, pp.37-43）报导了在370℃平板玻璃上喷涂FeCl3溶液氧化形成了Fe2O3，再在硫化气氛中退火使预制膜转变为FeS2膜。专利CN200310107202.8公布了在一种铜铟镓硫化物半导体薄膜材料的制备中，先用真空磁控溅射、加热蒸发或化学水浴电沉积法在钠钙玻璃Mo衬底上分步沉积化学式配比量的Cu、In、Ga金属预制层，再进行硫化反应。Ferrer等在论文（Journal of Applied Physics, 1991, vol.70, pp.2641-2647）中采用硫化合成玻璃基片上闪蒸镀Fe膜制备了FeS2薄膜。Heras等在研究（Thin Solid Films, 1991, vol.199, pp.259-267; Journal of Applied Physics, 1993, vol.74, pp.4551-4556）中用天然FeS2粉末在Sn及In氧化物涂层玻璃上闪蒸镀了三种不同厚度薄膜，并对蒸镀后的FeS2薄膜进行了后续硫化处理。张秀娟等在其研究（半导体学报，2004，vol.25, pp.657-661）中用单晶硅基片上采用不同时间溅射了不同厚度Fe膜，通过硫化合成了晶粒尺寸在23～59nm范围内变化的FeS2薄膜。Ares等（Thin Solid Films, 2005, vol.480-481, pp.477-481）在玻璃基片上蒸镀了25～330nm厚度的Fe膜，在525～775K温度范围内硫化合成了FeS2薄膜，晶粒尺寸可在10～90nm范围内变化。在已公开的关于FeS2薄膜的制备技术中，某些制备技术仅针对的是FeS2薄膜反应过程的诱发、质量的改善、结晶过程的控制以及在半导体器件制造过程中的具体应用，并未涉及更简便实用的FeS2薄膜制备技术。大部分技术必须要同时改变硫化参数和薄膜性能，这样会导致硫化参数对薄膜物理性能的影响混杂其中，使得控制薄膜质量很困难，不利于推广使用。有的技术在形成FeS2薄膜过程中虽然不涉及硫化参数的变化，但采用了不透明的基片（如单晶硅）控制结晶过程，使得用于光电转换场合的FeS2薄膜无法接收基片透射光而缺乏实用性，并且基片成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过控制先驱体晶粒度制备FeS2薄膜的方法，采用优化的先驱体预处理技术在先驱体铁膜中形成不同晶粒度组织，再通过硫化处理结晶出FeS2薄膜，可对晶体组织进行双阶段调整控制，该方法设备简单，工艺参数容易控制，膜体与基片结合牢固并可直接采用透明基底。
为达到上述目的，本发明采用制备FeS2薄膜的技术方案的步骤如下：
1）在饱和铬酸溶液中煮沸后用去离子水冲洗镀膜基底；
2）再依次在丙酮、无水乙醇、去离子水中超声波振荡清洗，烘干；
3）将镀膜基底置于磁控溅射设备中，采用不同温度加热镀膜基底；
4）在镀膜基底上溅射纯Fe膜，通过调整溅射功率和时间溅射控制纯Fe膜厚度后保温；
5）将溅射得到的纯Fe膜和纯硫粉封装于玻璃管中；
6）封装后的纯Fe膜经硫化处理形成FeS2薄膜。
步骤1）中所述的镀膜基底面积为26×76mm2的全透明载玻片。
步骤3）中所述的镀膜基底加热温度为200～500℃。
步骤4）中所述的溅射控制纯Fe膜厚度为0.25～0.3μm。
步骤5）中所述的封装于玻璃管中纯硫粉质量按照在400℃能够产生80kPa的额定硫压计算。
步骤6）中所述的纯Fe膜经硫化处理的硫化温度为400～500℃，硫化时间为10～40h。
从步骤1）至步骤4）所述的得到的纯Fe膜的晶粒尺寸范围在30～55nm。
本发明具有的有益的效果是：
1）通过对先驱体铁膜结晶程度的控制，得到了细小均匀的先驱体铁膜晶粒度，并且晶粒尺寸大小可方便控制。
使用了控制厚度的先驱体纯Fe膜硫化处理形成FeS2薄膜，可以利用优化先驱体膜溅射及随后的硫化处理两不同技术的优化，能够灵活控制最终得到的FeS2薄膜质量及状态，控制手段和过程更为灵活，有利于优化制备技术。也可为FeS2薄膜的工业化生产提供更多选择。
2）与其它制备技术相比，本技术基底种类、面积和形状可变性强，工艺参数可控性强， 制备工艺及设备简单，效率较高。尤其是对FeS2薄膜的结晶条件能够在先驱体膜制备阶段就进行预先干预和调整，降低了在最后形成FeS2薄膜阶段再调整工艺参数影响危害FeS2薄膜质量稳定性的程度，并有利于改善薄膜性能水平。
附图说明
图1是本发明实施例1～4中的制得的先驱体Fe膜的晶粒大小。
图2是本发明实施例1～4中制得的FeS2薄膜的XRD谱。
具体实施方式
实施例1：
镀膜基底采用面积为26×76mm2的全透明载玻片，在饱和铬酸溶液中煮沸15min后用去离子水冲洗，再依次在丙酮、无水乙醇、去离子水中超声波振荡15min清洗，最后在200℃下保温2h烘干得到晶粒尺寸为30nm的纯Fe膜。
在FJL-450型磁控溅射设备中溅射纯Fe膜，基底温度为200℃，溅射后保温0.5h，得到晶粒尺寸为30nm、厚度为0.25μm的纯Fe膜。将纯Fe膜和按400℃计算产生80kPa名义硫压所需质量的硫粉封装于玻璃管中，封装前抽真空并用Ar气置换5次。封装后的试样于400℃硫化40h。
实施例2：
镀膜基底采用面积为26×76mm2的全透明载玻片，在饱和铬酸溶液中煮沸15min后用去离子水冲洗，再依次在丙酮、无水乙醇、去离子水中超声波振荡15min清洗，最后在200℃下保温2h烘干得到的纯Fe膜。
在FJL-450型磁控溅射设备中溅射纯Fe膜，基底温度为300℃，溅射后保温0.5h，得到晶粒尺寸为40nm、厚度为0.28μm的纯Fe膜。将纯Fe膜和按400℃计算产生80kPa名义硫压所需质量的硫粉封装于玻璃管中，封装前抽真空并用Ar气置换5次。封装后的试样于450℃硫化20h。
实施例3：
镀膜基底采用面积为26×76mm2的全透明载玻片，在饱和铬酸溶液中煮沸15min后用去离子水冲洗，再依次在丙酮、无水乙醇、去离子水中超声波振荡15min清洗，最后在200℃下保温2h烘干。
在FJL-450型磁控溅射设备中溅射纯Fe膜，基底温度为400℃，溅射后保温0.5h，得到晶粒尺寸为40nm、厚度为0.30μm的纯Fe膜。将纯Fe膜和按400℃计算产生80kPa名义硫压所需质量的硫粉封装于玻璃管中，封装前抽真空并用Ar气置换5次。封装后的试样于500℃硫化10h。
实施例4：
镀膜基底采用面积为26×76mm2的全透明载玻片，在饱和铬酸溶液中煮沸15min后用去离子水冲洗，再依次在丙酮、无水乙醇、去离子水中超声波振荡15min清洗，最后在200℃下保温2h烘干。
在FJL-450型磁控溅射设备中溅射纯Fe膜，基底温度为500℃，溅射后保温0.5h，得到晶粒尺寸为55nm、厚度为0.26μm纯Fe膜。将纯Fe膜和按400℃计算产生80kPa名义硫压所需质量的硫粉封装于玻璃管中，封装前抽真空并用Ar气置换5次。封装后的试样于450℃硫化20h。
以上各实施例中所制备的先驱体纯Fe膜晶粒尺度如图1所示。
以上各实施例中所制备的的FeS2薄膜的XRD谱如图2所示。

Claims (7)

1.一种控制先驱体晶粒度制备FeS2薄膜的方法，其特征在于该方法的步骤如下：
1）在饱和铬酸溶液中煮沸后用去离子水冲洗镀膜基底；
2）再依次在丙酮、无水乙醇、去离子水中超声波振荡清洗，烘干；
3）将镀膜基底置于磁控溅射设备中，采用不同温度加热镀膜基底；
4）在镀膜基底上溅射纯Fe膜，通过调整溅射功率和时间溅射控制纯Fe膜厚度后保温；
5）将溅射得到的纯Fe膜和纯硫粉封装于玻璃管中；
6）封装后的纯Fe膜经硫化处理形成FeS2薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种控制先驱体晶粒度制备FeS2薄膜的方法，其特征在于：步骤1）中所述的镀膜基底面积为26×76mm2的全透明载玻片。
3.根据权利要求1所述的一种控制先驱体晶粒度制备FeS2薄膜的方法，其特征在于：步骤3）中所述的镀膜基底加热温度为200～500℃。
4.根据权利要求1所述的一种控制先驱体晶粒度制备FeS2薄膜的方法，其特征在于：步骤4）中所述的溅射控制纯Fe膜厚度为0.25～0.3μm。
5.根据权利要求1所述的一种控制先驱体晶粒度制备FeS2薄膜的方法，其特征在于：步骤5）中所述的封装于玻璃管中纯硫粉质量按照在400℃能够产生80kPa的额定硫压计算。
6.根据权利要求1所述的一种控制先驱体晶粒度制备FeS2薄膜的方法，其特征在于：步骤6）中所述的纯Fe膜经硫化处理的硫化温度为400～500℃，硫化时间为10～40h。
7.根据权利要求1所述的一种控制先驱体晶粒度制备FeS2薄膜的方法，其特征在于：从步骤1）至步骤4）所述的得到的纯Fe膜的晶粒尺寸范围在30～55nm。
CN2012100066067A 2012-01-11 2012-01-11 一种控制先驱体晶粒度制备FeS2薄膜的方法 Pending CN102560374A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012100066067A CN102560374A (zh) 2012-01-11 2012-01-11 一种控制先驱体晶粒度制备FeS2薄膜的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012100066067A CN102560374A (zh) 2012-01-11 2012-01-11 一种控制先驱体晶粒度制备FeS2薄膜的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102560374A true CN102560374A (zh) 2012-07-11

Family

ID=46406949

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012100066067A Pending CN102560374A (zh) 2012-01-11 2012-01-11 一种控制先驱体晶粒度制备FeS2薄膜的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102560374A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103824902A (zh) * 2014-03-19 2014-05-28 浙江大学 一种FeS2薄膜及其制备方法
CN103872186A (zh) * 2014-03-19 2014-06-18 浙江大学 FeS2薄膜及其制备方法
CN104638067A (zh) * 2015-02-09 2015-05-20 浙江大学 一种FeS2纳米管薄膜的制备方法
CN103950890B (zh) * 2014-05-19 2015-08-19 合肥工业大学 一种FeS2黄铁矿微球的制备方法及其应用
CN105174743A (zh) * 2015-09-22 2015-12-23 广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院 FeS2薄膜材料及其制备方法
CN107367426A (zh) * 2017-07-06 2017-11-21 天津大学 通过偶氮苯客体小分子调控超分子薄膜光软化程度的方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1387265A (zh) * 2002-03-29 2002-12-25 浙江大学 单晶硅片衬底的磁控溅射铁膜合成二硫化铁的制备方法
CN101045985A (zh) * 2006-03-28 2007-10-03 浙江大学 一种FeS2薄膜晶粒度的控制方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1387265A (zh) * 2002-03-29 2002-12-25 浙江大学 单晶硅片衬底的磁控溅射铁膜合成二硫化铁的制备方法
CN101045985A (zh) * 2006-03-28 2007-10-03 浙江大学 一种FeS2薄膜晶粒度的控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陈旭波等: "先驱体Fe膜结晶程度对FeS2薄膜组织和性能的影响", 《浙江大学学报（工学版）》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103824902A (zh) * 2014-03-19 2014-05-28 浙江大学 一种FeS2薄膜及其制备方法
CN103872186A (zh) * 2014-03-19 2014-06-18 浙江大学 FeS2薄膜及其制备方法
CN103824902B (zh) * 2014-03-19 2016-05-11 浙江大学 一种FeS2薄膜及其制备方法
CN103872186B (zh) * 2014-03-19 2016-05-11 浙江大学 FeS2薄膜的制备方法
CN103950890B (zh) * 2014-05-19 2015-08-19 合肥工业大学 一种FeS2黄铁矿微球的制备方法及其应用
CN104638067A (zh) * 2015-02-09 2015-05-20 浙江大学 一种FeS2纳米管薄膜的制备方法
CN105174743A (zh) * 2015-09-22 2015-12-23 广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院 FeS2薄膜材料及其制备方法
CN105174743B (zh) * 2015-09-22 2018-04-17 广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院 FeS2薄膜材料及其制备方法
CN107367426A (zh) * 2017-07-06 2017-11-21 天津大学 通过偶氮苯客体小分子调控超分子薄膜光软化程度的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107871795B (zh) 一种基于柔性钼衬底的镉掺杂铜锌锡硫硒薄膜的带隙梯度的调控方法
CN106298995B (zh) 一种银掺杂铜锌锡硫硒光吸收层薄膜材料及其在太阳能电池中的应用
CN102034898B (zh) 一种太阳电池用铜铟硫光电薄膜材料的制备方法
CN101692357B (zh) 一种绒面掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法
CN102560374A (zh) 一种控制先驱体晶粒度制备FeS2薄膜的方法
Li et al. Fabrication of Cu (In, Ga) Se2 thin films solar cell by selenization process with Se vapor
CN106917068A (zh) 基于磁控溅射和后硒化制备太阳能电池吸收层Sb2Se3薄膜的方法
CN103762257B (zh) 铜锌锡硫吸收层薄膜及铜锌锡硫太阳能电池的制备方法
CN102709351A (zh) 一种择优取向生长的硫化二铜薄膜
CN106783541A (zh) 一种硒化亚锗多晶薄膜和含有该薄膜的太阳能电池及其制备方法
CN102153288A (zh) 一种择尤取向硫化二铜薄膜的制备方法
CN102618853A (zh) 一种铜锌锡硒薄膜的制备方法
CN101235475A (zh) 一种铜铟硫化合物薄膜的制备方法
CN101805890A (zh) 一种原位生长Cu2ZnSnS4光伏薄膜方法
CN105226117A (zh) 一种双电位阶跃法电沉积后硫化退火制备铜铟镓硫太阳能电池薄膜材料的方法
CN103985783B (zh) 利用磁控溅射法在柔性衬底上制备铜锌锡硫薄膜的方法
CN102290339B (zh) 铜铟镓硒靶材连续溅射制备cigs太阳电池吸收层的新工艺
CN108831939B (zh) 一种四元共蒸aigs薄膜及其制备方法和应用
CN104051577B (zh) 提高太阳电池吸收层铜锌锡硫薄膜结晶性能的制备方法
CN103173829A (zh) 一种电化学沉积制备碲化镉半导体薄膜的方法
CN103952675A (zh) 一种光伏材料硫化亚铜（Cu2S）薄膜的制备方法
CN102005487B (zh) 一种柔性薄膜太阳电池用光吸收层材料及其制备方法
Zhao et al. Enhancing the efficiency of Cu 2 ZnSn (S, Se) 4 solar cells by variable-temperature sulfoselenization
CN101967624A (zh) Cu2ZnSnS4光伏薄膜的制备方法
CN104278238A (zh) 一种高质量铜锌锡硫半导体薄膜的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120711

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication