CN109545659A - 一种锡锑硫薄膜的化学浴制备方法 - Google Patents
一种锡锑硫薄膜的化学浴制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109545659A CN109545659A CN201811286163.5A CN201811286163A CN109545659A CN 109545659 A CN109545659 A CN 109545659A CN 201811286163 A CN201811286163 A CN 201811286163A CN 109545659 A CN109545659 A CN 109545659A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sulphur
- film
- source
- antimony
- tin
- 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.)
- Granted
Links
- DTSHAPHOYNJTQC-UHFFFAOYSA-N antimony;sulfanylidenetin Chemical compound [Sb].[Sn]=S DTSHAPHOYNJTQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 51
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 239000003788 bath preparation Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 40
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 38
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 29
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 29
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 20
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 20
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 13
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 12
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229960000935 dehydrated alcohol Drugs 0.000 claims description 9
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 8
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- QHGNHLZPVBIIPX-UHFFFAOYSA-N tin(ii) oxide Chemical compound [Sn]=O QHGNHLZPVBIIPX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- TXUICONDJPYNPY-UHFFFAOYSA-N (1,10,13-trimethyl-3-oxo-4,5,6,7,8,9,11,12,14,15,16,17-dodecahydrocyclopenta[a]phenanthren-17-yl) heptanoate Chemical group C1CC2CC(=O)C=C(C)C2(C)C2C1C1CCC(OC(=O)CCCCCC)C1(C)CC2 TXUICONDJPYNPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910021626 Tin(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000001119 stannous chloride Substances 0.000 claims description 7
- 235000011150 stannous chloride Nutrition 0.000 claims description 7
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- YUKQRDCYNOVPGJ-UHFFFAOYSA-N thioacetamide Chemical group CC(N)=S YUKQRDCYNOVPGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N thioacetamide Natural products CC(N)=O DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea Chemical compound NC(N)=S UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ODNBVEIAQAZNNM-UHFFFAOYSA-N 1-(6-chloroimidazo[1,2-b]pyridazin-3-yl)ethanone Chemical compound C1=CC(Cl)=NN2C(C(=O)C)=CN=C21 ODNBVEIAQAZNNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- GUNJVIDCYZYFGV-UHFFFAOYSA-K Antimony trifluoride Inorganic materials F[Sb](F)F GUNJVIDCYZYFGV-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 5
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- DAMJCWMGELCIMI-UHFFFAOYSA-N benzyl n-(2-oxopyrrolidin-3-yl)carbamate Chemical group C=1C=CC=CC=1COC(=O)NC1CCNC1=O DAMJCWMGELCIMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000008139 complexing agent Substances 0.000 claims description 5
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000005361 soda-lime glass Substances 0.000 claims description 5
- 239000001509 sodium citrate Substances 0.000 claims description 5
- HRXKRNGNAMMEHJ-UHFFFAOYSA-K trisodium citrate Chemical group [Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O HRXKRNGNAMMEHJ-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 5
- 229940038773 trisodium citrate Drugs 0.000 claims description 5
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 claims description 3
- JVLRYPRBKSMEBF-UHFFFAOYSA-K diacetyloxystibanyl acetate Chemical compound [Sb+3].CC([O-])=O.CC([O-])=O.CC([O-])=O JVLRYPRBKSMEBF-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- AKHNMLFCWUSKQB-UHFFFAOYSA-L sodium thiosulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=S AKHNMLFCWUSKQB-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 235000019345 sodium thiosulphate Nutrition 0.000 claims description 3
- 238000000224 chemical solution deposition Methods 0.000 claims description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 2
- ZNCPFRVNHGOPAG-UHFFFAOYSA-L sodium oxalate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C(=O)C([O-])=O ZNCPFRVNHGOPAG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229940039790 sodium oxalate Drugs 0.000 claims description 2
- YWYZEGXAUVWDED-UHFFFAOYSA-N triammonium citrate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[NH4+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O YWYZEGXAUVWDED-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000010408 film Substances 0.000 abstract description 62
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 14
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 4
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 abstract description 3
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 5
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 5
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 4
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 4
- 235000005979 Citrus limon Nutrition 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 244000248349 Citrus limon Species 0.000 description 2
- -1 Gallium arsenide compound Chemical class 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- BWKOZPVPARTQIV-UHFFFAOYSA-N azanium;hydron;2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylate Chemical compound [NH4+].OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC([O-])=O BWKOZPVPARTQIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- YPMOSINXXHVZIL-UHFFFAOYSA-N sulfanylideneantimony Chemical compound [Sb]=S YPMOSINXXHVZIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SOBHUZYZLFQYFK-UHFFFAOYSA-K trisodium;hydroxy-[[phosphonatomethyl(phosphonomethyl)amino]methyl]phosphinate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].OP(O)(=O)CN(CP(O)([O-])=O)CP([O-])([O-])=O SOBHUZYZLFQYFK-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 5-phenyl-2h-tetrazole Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=NNN=N1 MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000131522 Citrus pyriformis Species 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910001439 antimony ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002242 deionisation method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 231100000004 severe toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 229910001432 tin ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/0237—Materials
- H01L21/0242—Crystalline insulating materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/0237—Materials
- H01L21/02422—Non-crystalline insulating materials, e.g. glass, polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02568—Chalcogenide semiconducting materials not being oxides, e.g. ternary compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/02623—Liquid deposition
- H01L21/02628—Liquid deposition using solutions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02656—Special treatments
- H01L21/02658—Pretreatments
- H01L21/02661—In-situ cleaning
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Chemically Coating (AREA)
Abstract
本发明涉及一种锡锑硫薄膜的化学浴制备方法，其包括如下步骤：(a)衬底清洗与预处理；(b)化学浴溶液(含有Sn2+、S2‑、Sb3+的混合溶液)配制；(c)采用化学浴法在水浴锅中沉积锡锑硫薄膜；(d)在氮气气氛或硫气氛下退火制备高质量锡锑硫薄膜。本发明所提供的低成本的化学浴法制备锡锑硫薄膜不需要昂贵的设备且原材料易得，操作简单，能够适合于任何形状和性质的衬底，控制好各工艺可以制备出具有优异光电性能的锡锑硫薄膜，为制备低成本且高效的太阳电池吸收层薄膜材料奠定基础。
Description
技术领域
本发明涉及光电功能材料领域，具体地说，涉及一种锡锑硫薄膜的化学浴制备方法。
背景技术
可再生能源(太阳能，风能，生物燃料的水力发电，地热能源和海洋能源)的供应占世界总能源需求的14％。可再生能源清洁且用之不竭。可再生能源的概念中最重要的两点是：第一：要求提供可再生能源的源头应该是巨大的、无限制的；第二：从整体技术效率而言，要有明显的安全保障性。以这两点作为判据，太阳能来源无穷无尽，并具有稳定性，其技术与现有电力的技术完全兼容，同时呈现出很高的安全保障性。这表明它比其他可再生能源在技术应用方面有更大的潜力，充分说明太阳能的利用在可再生能源领域中的重要地位。正因如此，光伏发电成为可靠且长寿的发电技术。光伏发电产业的迅速发展，太阳电池的种类不断增多，应用范围的日益广阔等，都是光伏发电市场规模逐步扩大的重要成因。
硅材料是现今太阳电池的主导材料，但其生产成本过高，随着光伏发电产业的迅速发展，薄膜太阳能电池表现出了极大的潜力。因此，科研人员一直在试图寻找一种低成本且环保的太阳电池材料和制备方法。碲化镉多晶薄膜电池的转换效率高、成本低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染。砷化镓化合物电池转换效率可达28％，并且砷化镓化合物材料具有十分理想的光学带隙以及高的吸收率，但是砷化镓材料的价格不菲，因为在很大程度上限制了砷化镓电池的普及。锡锑硫薄膜作为同类材料，锡锑硫是一种Ⅳ-Ⅴ-Ⅵ族硫化物半导体材料，毒性较低且价格便宜。锡锑硫薄膜的直接禁带宽度为1.2eV，接近于半导体太阳能电池最适宜的禁带宽度(1.5eV)且带隙吸收系数在105cm-1以上，具有较好的热稳定性和化学稳定性。锡、锑、硫这三种元素原料丰富，且不会对环境造成有害影响，因此是一种很有前景的太阳电池吸收层材料。
当前，锡锑硫薄膜的制备方法主要是热蒸发法，制作方法简单，但是需要大型真空设备，设备成本较高，从而增加了材料制备成本。采用化学浴法制备锡锑硫薄膜较之热蒸发法有以下优点：
(1)化学浴装置较为简单，设备成本较低；
(2)制备同一种薄膜可以采用不同的化学反应，有意识的改变和调节反应物的成分，又能方便控制成分和特性，灵活性较大；
(3)成膜所需的反应原材料一般较易获得，而且适合于多种形状和性质的衬底。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种锡锑硫薄膜制备的新方法——化学浴法，该方法无需热蒸发设备，大大降低了生产成本，而且简单易操作，适合工业化大规模生产。制备锡锑硫薄膜所用的材料都是低毒、无污染的，符合可持续发展战略，具有良好的应用前景。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种锡锑硫薄膜的化学浴制备方法，包括如下步骤：
(1)衬底的清洗：依次采用肥皂水、丙酮、无水乙醇以及去离子水超声清洗衬底；
(2)衬底的预处理：利用连续离子吸附工艺，在衬底上预先沉积一层厚度为5-20nm的SnS薄膜，以提高后续薄膜的黏附性。
(3)化学浴溶液配制：首先配制硫源溶液，然后再配制金属源溶液，其中金属源包含锑源、锡源与络合剂；将硫源溶液与金属源溶液混合，充分溶解之后，利用盐酸或氨水调节pH值为4-6，此时溶液颜色为浅白色，静置1-5min，倒入沉积烧杯中；
(4)化学浴沉积：将预处理后的衬底放入沉积烧杯中，然后将待沉积烧杯放入预先温度调节为50-80℃的恒温水浴锅中进行沉积，10-30h后取出；
(5)薄膜的干燥：用去离子水冲洗沉积后的衬底，吹干；
(6)薄膜的退火：将干燥过的锡锑硫薄膜放入真空管式退火炉，在惰性气氛或硫气氛下进行退火处理，退火温度为300-450℃，退火时间为30-120min。
进一步的技术方案，所述的步骤(1)中，衬底为钠钙玻璃、康宁玻璃或石英。
进一步的技术方案，所述的步骤(3)中，硫源溶液浓度为0.1-0.2mol/L，锑源溶液浓度为0.01-0.03mol/L，锡源溶液浓度为0.02-0.04mol/L，络合剂溶液浓度为0.05-0.2mol/L。
进一步的技术方案，所述的步骤(3)中，硫源为硫代乙酰胺、硫代硫酸钠或硫脲；
锑源为三氯化锑、三氟化锑或醋酸锑；
锡源为氯化亚锡或氧化亚锡；
络合剂为柠檬酸三钠、草酸钠或柠檬酸铵。
进一步的技术方案，所述的步骤(5)中，吹干选用吹风机吹干。
进一步的技术方案，所述的步骤(6)中，硫气氛为硫蒸气或硫化氢。
本发明原理：
首先利用连续离子吸附方法沉积一层较薄的SnS薄膜；后配制含有锡离子、锑离子以及硫源的溶液，通过添加络合剂降低溶液中金属离子的水解速率；在一定水浴温度下利用SnS薄膜吸附机制沉积锡锑硫薄膜；最后将制备好的锡锑硫薄膜进行退火处理，提高薄膜的结晶性，从而制备出高质量的锡锑硫薄膜。
有益效果
1、本发明采用的锡、锑、硫三种元素原材料丰富且具有环境相容性，避免了使用难以降解或者对环境污染的化学药品或试剂。
2、本发明结合连续离子层吸附法预处理衬底，可以提高薄膜的粘附性与结晶性，从而制备出高质量的锡锑硫薄膜。
3、本发明采用化学浴法制备锡锑硫薄膜，较之热蒸发法，不仅降低了生产成本，而且还方便控制薄膜成分和特性，工艺灵活性较大。
4、本发明所提供的低成本的化学浴法制备锡锑硫薄膜不需要昂贵的设备且原材料易得，操作简单，能够适合于任何形状和性质的衬底，控制好各工艺可以制备出具有优异光电性能的锡锑硫薄膜，为制备低成本且高效的太阳电池吸收层薄膜材料奠定基础。
附图说明
图1为实施例1中制备的锡锑硫薄膜的X射线衍射(XRD)图谱
图2为实施例1中制备的锡锑硫薄膜的表面扫描电子显微镜(SEM)图片。
图3为锡锑硫薄膜的透射率与反射率曲线图。
图4为锡锑硫薄膜的带隙图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
一种锡锑硫薄膜的化学浴制备方法，包括如下步骤：
依次采用肥皂水、丙酮、无水乙醇以及去离子水超声清洗钠钙玻璃衬底，利用连续离子吸附工艺，在衬底上预先沉积一层厚度为10nm的SnS薄膜。按照0.15mol/L的硫代乙酰胺添加至去离子水中为硫源溶液，按照0.015mol/L三氯化锑、0.035mol/L氯化亚锡、0.1mol/L柠檬酸三钠溶于去离子水中为金属源溶液；硫源溶液与金属源溶液混合之后，添加盐酸调节pH值为5.5，此时溶液颜色为浅白色。静置3min，倒入预先备好的沉积烧杯中，然后将待沉积烧杯放入预先温度调节为70℃的恒温水浴锅中进行沉积，24h后取出，用去离子水冲洗衬底，吹风机吹干。将干燥过的锡锑硫薄膜放入真空管式退火炉，在氮气气氛下进行退火处理，退火温度为350℃，退火时间为60min。图1为退火处理后制备的锡锑硫薄膜的XRD图谱，从图谱中可以看出所制备薄膜为Sn2Sb2S5相。图2为锡锑硫薄膜的扫描电子显微镜照片，薄膜表面明显存在球状颗粒。图3为锡锑硫薄膜的透射率与反射率曲线，在可见光范围内透过率较低，反射率在10％以内。图4为锡锑硫薄膜的带隙图，其光学带隙约为1.82eV。
实施例2
一种锡锑硫薄膜的化学浴制备方法，包括如下步骤：
依次采用肥皂水、丙酮、无水乙醇以及去离子水超声清洗钠钙玻璃衬底，利用连续离子吸附工艺，在衬底上预先沉积一层厚度为15nm的SnS薄膜。按照0.1mol/L的硫代乙酰胺添加至去离子水中为硫源溶液，按照0.01mol/L三氯化锑、0.02mol/L氯化亚锡、0.05mol/L柠檬酸三钠溶于去离子水中为金属源溶液；硫源溶液与金属源溶液混合之后，添加盐酸调节pH值为4，此时溶液颜色为浅白色。静置3min，倒入预先备好的沉积烧杯中，然后将待沉积烧杯放入预先温度调节为80℃的恒温水浴锅中进行沉积，10h后取出，用去离子水冲洗衬底，吹风机吹干。将干燥过的锡锑硫薄膜放入真空管式退火炉，在硫化氢气氛下进行退火处理，退火温度为300℃，退火时间为120min。
实施例3
一种锡锑硫薄膜的化学浴制备方法，包括如下步骤：
依次采用肥皂水、丙酮、无水乙醇以及去离子水超声清洗钠钙玻璃衬底，利用连续离子吸附工艺，在衬底上预先沉积一层厚度为5nm的SnS薄膜。按照0.2mol/L的硫代乙酰胺添加至去离子水中为硫源溶液，按照0.03mol/L三氯化锑、0.04mol/L氯化亚锡、0.2mol/L柠檬酸三钠溶于去离子水中为金属源溶液；硫源溶液与金属源溶液混合之后，添加氨水调节pH值为6，此时溶液颜色为浅白色。静置5min，倒入预先备好的沉积烧杯中，然后将待沉积烧杯放入预先温度调节50℃的恒温水浴锅中进行沉积，30h后取出并干燥。将干燥过的锡锑硫薄膜放入真空管式退火炉，在硫蒸气气氛下进行退火处理，退火温度为450℃，退火时间为30min。
实施例4
一种锡锑硫薄膜的化学浴制备方法，包括如下步骤：
依次采用肥皂水、丙酮、无水乙醇以及去离子水超声清洗康宁玻璃衬底，利用连续离子吸附工艺，在衬底上预先沉积厚度为20nm的SnS薄膜。按照0.12mol/L的硫代乙酰胺添加至去离子水中为硫源溶液，按照0.012mol/L三氟化锑、0.024mol/L氧化亚锡、0.2mol/L草酸钠溶于去离子水中为金属源溶液；硫源溶液与金属源溶液混合之后，添加盐酸调节pH值为4，此时溶液颜色为浅白色。静置2min，倒入预先备好的沉积烧杯中，然后将待沉积烧杯放入预先温度调节为60℃的恒温水浴锅中进行沉积，20h后取出，用去离子水冲洗衬底，吹风机吹干。将干燥过的锡锑硫薄膜放入真空管式退火炉，在氮气气氛下进行退火处理，退火温度为350℃，退火时间为60min。
实施例5
一种锡锑硫薄膜的化学浴制备方法，包括如下步骤：
依次采用肥皂水、丙酮、无水乙醇以及去离子水超声清洗石英衬底，利用连续离子吸附工艺，在衬底上预先沉积一层厚度为15nm的SnS薄膜。按照0.1mol/L的硫代硫酸钠添加至去离子水中为硫源溶液，按照0.01mol/L醋酸锑、0.02mol/L氧化亚锡、0.05mol/L柠檬酸铵溶于去离子水中为金属源溶液；硫源溶液与金属源溶液混合之后，添加盐酸调节pH值为5，此时溶液颜色为浅白色。静置1min，倒入预先备好的沉积烧杯中，然后将待沉积烧杯放入预先温度调节为70℃的恒温水浴锅中进行沉积，20h后取出，用去离子水冲洗衬底，吹风机吹干。将干燥过的锡锑硫薄膜放入真空管式退火炉，在硫蒸气气氛下进行退火处理，退火温度为400℃，退火时间为60min。
实施例6
一种锡锑硫薄膜的化学浴制备方法，包括如下步骤：
依次采用肥皂水、丙酮、无水乙醇以及去离子水超声清洗石英衬底，利用连续离子吸附工艺，在衬底上预先沉积一层厚度为20nm的SnS薄膜。按照0.1mol/L的硫脲添加至去离子水中为硫源溶液，按照0.01mol/L三氟化锑、0.02mol/L氯化亚锡、0.05mol/L柠檬酸三钠溶于去离子水中为金属源溶液；硫源溶液与金属源溶液混合之后，添加盐酸调节pH值为6，此时溶液颜色为浅白色。静置4min，倒入预先备好的沉积烧杯中，然后将待沉积烧杯放入预先温度调节为65℃的恒温水浴锅中进行沉积，28h后取出，用去离子水冲洗衬底，吹风机吹干。将干燥过的锡锑硫薄膜放入真空管式退火炉，在硫化氢气氛下进行退火处理，退火温度为300℃，退火时间为90min。
实施例7
一种锡锑硫薄膜的化学浴制备方法，包括如下步骤：
依次采用肥皂水、丙酮、无水乙醇以及去离子水超声清洗石英衬底，利用连续离子吸附工艺，在衬底上预先沉积一层厚度为15nm的SnS薄膜。按照0.1mol/L的硫代乙酰胺添加至去离子水中为硫源溶液，按照0.01mol/L三氟化锑、0.02mol/L氯化亚锡、0.05mol/L柠檬酸三钠溶于去离子水中为金属源溶液；硫源溶液与金属源溶液混合之后，添加盐酸调节pH值为5，此时溶液颜色为浅白色。静置5min，倒入预先备好的沉积烧杯中，然后将待沉积烧杯放入预先温度调节为75℃的恒温水浴锅中进行沉积，15h后取出，用去离子水冲洗衬底，吹风机吹干。将干燥过的锡锑硫薄膜放入真空管式退火炉，在硫化氢气氛下进行退火处理，退火温度为350℃，退火时间为60min。
Claims (6)
1.一种锡锑硫薄膜的化学浴制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)衬底的清洗：依次采用肥皂水、丙酮、无水乙醇以及去离子水超声清洗衬底；
(2)衬底的预处理：利用连续离子吸附工艺，在衬底上预先沉积一层厚度为5-20nm的SnS薄膜；
(3)化学浴溶液配制：首先配制硫源溶液，然后再配制金属源溶液，其中金属源包含锑源、锡源与络合剂；将硫源溶液与金属源溶液混合，充分溶解之后，利用盐酸或氨水调节pH值为4-6，此时溶液颜色为浅白色，静置1-5min，倒入沉积烧杯中；
(4)化学浴沉积：将预处理后的衬底放入沉积烧杯中，然后将待沉积烧杯放入预先温度调节为50-80℃的恒温水浴锅中进行沉积，10-30h后取出；
(5)薄膜的干燥：用去离子水冲洗沉积后的衬底，吹干；
(6)薄膜的退火：将干燥过的锡锑硫薄膜放入真空管式退火炉，在惰性气氛或硫气氛下进行退火处理，退火温度为300-450℃，退火时间为30-120min。
2.根据权利要求1所述的一种锡锑硫薄膜的化学浴制备方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，衬底为钠钙玻璃、康宁玻璃或石英。
3.根据权利要求1所述的一种锡锑硫薄膜的化学浴制备法，其特征在于，所述的步骤(3)中，硫源溶液浓度为0.1-0.2mol/L，锑源溶液浓度为0.01-0.03mol/L，锡源溶液浓度为0.02-0.04mol/L，络合剂溶液浓度为0.05-0.2mol/L。
4.根据权利要求1或3所述的一种锡锑硫薄膜的化学浴制备方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，硫源为硫代乙酰胺、硫代硫酸钠或硫脲；
锑源为三氯化锑、三氟化锑或醋酸锑；
锡源为氯化亚锡或氧化亚锡；
络合剂为柠檬酸三钠、草酸钠或柠檬酸铵。
5.根据权利要求1所述的一种锡锑硫薄膜的化学浴制备方法，其特征在于，
所述的步骤(5)中，吹干选用吹风机吹干。
6.根据权利要求1所述的一种锡锑硫薄膜的化学浴制备方法，其特征在于，
所述的步骤(6)中，硫气氛为硫蒸气或硫化氢。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811286163.5A CN109545659B (zh) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | 一种锡锑硫薄膜的化学浴制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811286163.5A CN109545659B (zh) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | 一种锡锑硫薄膜的化学浴制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109545659A true CN109545659A (zh) | 2019-03-29 |
| CN109545659B CN109545659B (zh) | 2021-09-10 |
Family
ID=65846065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811286163.5A Active CN109545659B (zh) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | 一种锡锑硫薄膜的化学浴制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109545659B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112968128A (zh) * | 2021-01-31 | 2021-06-15 | 国家电网有限公司 | 蒸发水热两步生长锑基薄膜材料的方法和薄膜太阳电池 |
| CN113707741A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-11-26 | 文华学院 | 具有梯度带隙结构的锡硫化合物太阳能电池及其制备方法 |
| CN115637426A (zh) * | 2022-02-28 | 2023-01-24 | 青岛科技大学 | 一种化学浴沉积介孔二氧化锡薄膜的方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101462020B1 (ko) * | 2013-11-29 | 2014-11-19 | 한국화학연구원 | 칼코젠화합물 광흡수체 기반 고효율 무／유기 하이브리드 태양전지 제조 방법 |
| CN105023757A (zh) * | 2015-07-10 | 2015-11-04 | 三峡大学 | 一种锡掺杂Sb2S3薄膜材料及其制备方法 |
| CN105047753A (zh) * | 2015-06-24 | 2015-11-11 | 中国科学技术大学 | 制备铜锡硫或铜锡硫硒薄膜的方法 |
| CN107093650A (zh) * | 2017-04-07 | 2017-08-25 | 金陵科技学院 | 一种制备铜锑硫太阳能电池吸收层的方法 |
-
2018
- 2018-10-31 CN CN201811286163.5A patent/CN109545659B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101462020B1 (ko) * | 2013-11-29 | 2014-11-19 | 한국화학연구원 | 칼코젠화합물 광흡수체 기반 고효율 무／유기 하이브리드 태양전지 제조 방법 |
| CN105047753A (zh) * | 2015-06-24 | 2015-11-11 | 中国科学技术大学 | 制备铜锡硫或铜锡硫硒薄膜的方法 |
| CN105023757A (zh) * | 2015-07-10 | 2015-11-04 | 三峡大学 | 一种锡掺杂Sb2S3薄膜材料及其制备方法 |
| CN107093650A (zh) * | 2017-04-07 | 2017-08-25 | 金陵科技学院 | 一种制备铜锑硫太阳能电池吸收层的方法 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| BUSHRA ISMAILA ET AL.: "Enhanced grain growth and improved optical properties of the Sndoped thin films of Sb2S3 orthorhombic phase", 《OPTIK》 * |
| F.E. LORANCA-RAMOS ET AL.: "Structural, optical and electrical properties of copper antimony sulfide", 《APPLIED SURFACE SCIENCE》 * |
| U.CHALAPATHI ET AL.: "Large-grained Sb2S3 thin films with Sn-doping by chemical bath deposition", 《MATERIALS SCIENCE IN SEMICONDUCTOR PROCESSING》 * |
| 戴松元: "《薄膜太阳电池关键科学和技术》", 31 January 2013, 上海世纪出版股份有限公司、上海科学技术出版社 * |
| 王威，沈鸿烈: "SnS 光电薄膜及其太阳电池的研究进展", 《半导体技术》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112968128A (zh) * | 2021-01-31 | 2021-06-15 | 国家电网有限公司 | 蒸发水热两步生长锑基薄膜材料的方法和薄膜太阳电池 |
| CN112968128B (zh) * | 2021-01-31 | 2024-01-26 | 国家电网有限公司 | 蒸发水热两步生长锑基薄膜材料的方法和薄膜太阳电池 |
| CN113707741A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-11-26 | 文华学院 | 具有梯度带隙结构的锡硫化合物太阳能电池及其制备方法 |
| CN115637426A (zh) * | 2022-02-28 | 2023-01-24 | 青岛科技大学 | 一种化学浴沉积介孔二氧化锡薄膜的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109545659B (zh) | 2021-09-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102034898B (zh) | 一种太阳电池用铜铟硫光电薄膜材料的制备方法 | |
| US20090214763A1 (en) | Preparation of thin film for solar cell using paste | |
| WO2022206038A1 (zh) | 一种铜锌锡硫硒半透明太阳能电池器件及其制备方法 | |
| Wang et al. | Sb 2 S 3 solar cells: functional layer preparation and device performance | |
| CN109545659A (zh) | 一种锡锑硫薄膜的化学浴制备方法 | |
| CN105932114A (zh) | 基于水浴和后硒化制备太阳能电池吸收层薄膜的方法 | |
| JP2011146594A (ja) | 光電素子用バッファ層及びその製造方法、並びに、光電素子 | |
| JP5564688B2 (ja) | Ｃｚｔｓ系半導体用ｃｂｄ溶液、ｃｚｔｓ系半導体用バッファ層の製造方法及び光電素子 | |
| 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 | |
| CN107623046B (zh) | 铜铟镓硒吸收层后处理方法及基于其的太阳电池制备方法 | |
| CN107910390B (zh) | 一种银单质掺杂的CZTSSe薄膜的制备方法和应用 | |
| CN112201725A (zh) | 一种硒化锑薄膜太阳能电池的制备方法 | |
| CN111525038A (zh) | 一种掺杂有多功能添加剂的钙钛矿太阳电池及其制备方法 | |
| Saha | A Status Review on Cu2ZnSn (S, Se) 4‐Based Thin‐Film Solar Cells | |
| CN107799316B (zh) | 一种PbS量子点敏化TiO2薄膜的制备方法及其应用 | |
| CN103194739B (zh) | 一种铜锌锡硫薄膜的水热合成制备方法 | |
| Chander et al. | Nontoxic and earth-abundant Cu2ZnSnS4 (CZTS) thin film solar cells: a review on high throughput processed methods | |
| CN107134507B (zh) | 具有梯度成分太阳能电池吸收层铜铟硫硒薄膜的制备方法 | |
| CN108400184A (zh) | 一种铟单质掺杂的CZTSSe薄膜的制备方法和应用 | |
| CN114975653B (zh) | 一种Zn(O,S)薄膜的制备方法及其应用 | |
| CN114188442B (zh) | 一种锑掺杂电化学沉积铜锌锡硫太阳能电池吸收层制备方法 | |
| CN112837997B (zh) | 一种ZnCdS薄膜的制备方法及铜锌锡硫硒太阳电池的制备方法 | |
| CN103187480A (zh) | 光吸收层的改质方法 | |
| CN215771173U (zh) | 具有梯度带隙结构的锡硫化合物太阳能电池 | |
| CN104600144A (zh) | 基于体异质结结构吸光层的高效铜铟镓硒薄膜光电池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220117 Address after: 510000 room 613, No. 2, Huanxi West Road, Tianhe District, Guangzhou City, Guangdong Province Patentee after: Guangzhou whale Shield Network Technology Co.,Ltd. Address before: No. 99 Jiangning Road, Nanjing District hirokage 211169 cities in Jiangsu Province Patentee before: JINLING INSTITUTE OF TECHNOLOGY |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240306 Address after: No. 399, Nanyi Road, Baibi Town, Urban-Rural Integration Demonstration Zone, Anyang City, Henan Province, 455000 Patentee after: Anyang Songyang Sunshine Electronic Materials Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 510000 room 613, No. 2, Huanxi West Road, Tianhe District, Guangzhou City, Guangdong Province Patentee before: Guangzhou whale Shield Network Technology Co.,Ltd. Country or region before: China |
|
| TR01 | Transfer of patent right |