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應(yīng)用于太陽能電池的低阻硫化錫薄膜的制備方法

文檔序號:7228103閱讀:251來源:國知局
專利名稱:應(yīng)用于太陽能電池的低阻硫化錫薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于太陽能電池的低阻硫化錫薄膜的制備方法,主要采用真空 蒸發(fā)氣相沉積方法來制備薄膜,屬真空蒸發(fā)物理氣相沉積工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
隨著人們環(huán)保意識的增強,太陽能的開發(fā)應(yīng)用越來越受到人們的關(guān)注,近些年來, 硫化錫(SnS)薄膜作為太陽能電池的吸收層材料的研制已引起材料科學(xué)界的廣泛注 意。SnS是IV—VI族斜方晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體,其光吸收系數(shù)大于lO^rn—1;在理論上其 能量轉(zhuǎn)換效率比較高,達到25%;光學(xué)直接帶隙和間接帶隙寬度分別為1.3 1.5eV 和1.0 l.leV,接近太陽電池的最佳禁帶寬度1.5 eV。它的組成元素Sn和S在自 然界中含量豐富與GaTe、 CdTe, 、 InP相比又無毒性,因此,SnS是一種高效、廉價、 環(huán)保型的太陽能轉(zhuǎn)換材料。目前,真空蒸發(fā)物理氣相沉積方法制備的本征SnS薄膜具 有純度高、表面光滑、厚度均勻可控、附著力強等優(yōu)點,但是用該方法制備的SnS 薄膜的電阻率約為數(shù)十至數(shù)百歐姆'厘米,這對于應(yīng)用于太陽能電池的吸收層來說, 其電阻率偏高。所以針對這個問題,我們的研究試驗采用了摻雜和熱處理的方法來降 低其電阻率,這是我們的發(fā)明構(gòu)思和理念,也是本發(fā)明的關(guān)鍵所在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低阻硫化錫薄膜的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是, 用摻加雜質(zhì)和熱處理的方法來降低SnS薄膜的電阻率,從而提高SnS薄膜在太陽能電 池吸收層中的性能和效果。本發(fā)明一種應(yīng)用于太陽能電池的低阻硫化錫薄膜的制備方法,其特征在于具有一 下的工藝過程和步驟a. 采用傳統(tǒng)常規(guī)的真空蒸發(fā)法來沉積制備薄膜,原料采用有氧化銻的硫化 錫,氧化銻的摻雜量為硫化錫重量的0. P/。 0. 3%;b. 將上述沉積制得的已摻雜有Sb203的SnS薄膜放置于氫氣氛圍中進行熱 處理,熱處理的溫度為380°C 420°C;熱處理的時間為2. 0 3. 5小時;c. 然后將上述摻雜Sb203的SnS薄膜冷卻至室溫,即得到應(yīng)用于太陽能電 池的低阻SnS薄膜,其電阻率為6. 4 21. 0 Q cm。
上述制備方法中,所述的氧化銻的最適宜慘雜量為硫化錫重量的0. 2%。 上述制備方法中,所述的熱處理的最適宜溫度為40(TC;最適宜的熱處理時間為 3小時。本發(fā)明方法制得的SnS薄膜其性能較普通常規(guī)方法制得的SnS薄膜要好很多,其 他方法制備的SnS薄膜其電阻率一般在數(shù)十至數(shù)百歐姆 厘米范圍內(nèi),而本發(fā)明方法 制備的SnS薄膜的電阻率為6. 4 21. OQ cm范圍內(nèi)。本發(fā)明方法制得的SnS薄膜適 用于太陽能電池吸收層中的使用,是一種較好的低電阻率的太陽能吸收層材料。


圖1為本發(fā)明研究試驗中Sb203摻雜量與SnS薄膜電阻率的關(guān)系曲線圖。 圖2為本發(fā)明研究試驗中熱處理溫度與SnS薄膜電阻率的關(guān)系曲線圖。 圖3為本發(fā)明研究試驗中熱處理時間與SnS薄膜電阻率的關(guān)系曲線圖。
具體實施方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實施例敘述于后。實施例1本實施例的具體過程和步驟如下1. 釆用傳統(tǒng)常規(guī)的真空蒸發(fā)氣相沉積裝置來進行薄膜沉積;原料采用有氧 化銻摻雜的硫化錫,氧化銻的摻雜加入量為硫化錫重量的0. 2%;2. 將上述沉積制得已摻雜有Sb203的SnS薄膜置于氫氣氛圍中進行熱處理, 熱處理溫度為40(TC;熱處理時間為3小時;3. 然后將上述摻雜Sb203的SnS薄膜冷卻至室溫,即制得應(yīng)用于太陽能電 池的低阻硫化錫薄膜,其電阻率為6.4Q 'cm。本發(fā)明的研究試驗過程及試驗的分析和結(jié)論 本發(fā)明的試驗過程及對試驗的分析和結(jié)論1.用真空蒸發(fā)法對SnS薄膜進行了多種雜質(zhì)的摻雜試驗,結(jié)果表明摻雜氧化銻 (SbA)可以有效地降低電阻率。當(dāng)摻雜劑Sb力3與SnS的重量比分別為0. 1%、 0. 15%、 0.2%、 0.25%、 0.3%、 0.35%、 0.4%、 0.45%、 0.5%、 0.6%、 0.7%、 0.8%時,制得的摻 雜SnS薄膜的電阻率也漸漸變化,如圖l所示。從圖中可以看出,當(dāng)SbA摻雜的重 量百分比低于0.2°/。時,電阻率隨摻雜量的增加而減?。划?dāng)摻入量大于0. 2%小于0. 5% 時,電阻率隨摻入量的增加而增加。這可能是因為SnS中的載流子主要為V族的Sb 代替了IV族的Sn占據(jù)的位置而產(chǎn)生,因而當(dāng)Sb濃度較低時,提高Sb的濃度,則載 流子濃度增加,電阻率降低。但當(dāng)Sb濃度達到一定峰值后,再增加Sb濃度時,可能 產(chǎn)生Sb2S3等電阻率比較高的第二相物質(zhì),導(dǎo)致薄膜的電阻率上升。當(dāng)摻入量大于0. 5% 后,可能產(chǎn)生游離的金屬Sb,使電阻率又漸漸變小。因此,從電阻率考慮,Sb的最 佳摻入量為0.2 wt%,此時SnS薄膜的電阻率達到最小值21Q'cm (用同樣的方法制 備的純SnS薄膜的電阻率為99Q'cm)。2. 其次,對己經(jīng)摻雜0. 2%的Sb203的SnS薄膜分別在真空、N2和H2中進行熱處 理。實驗表明,經(jīng)過H2氛圍熱處理的SnS薄膜的電阻率較其他兩者降低的多些。圖 2表示在H2氛圍中熱處理時間均為2小時、不同熱處理溫度的電阻率的變化情況。 從圖2中可以看出,在熱處理溫度低于40(TC時,SnS薄膜的電阻率隨著熱處理溫度 的升高而降低;當(dāng)熱處理溫度高于400'C時,電阻率隨著熱處理溫度的升高而增加。 這可能是因為,隨著熱處理溫度的提高,薄膜的晶粒增大,晶粒間界減少,結(jié)構(gòu)趨于 完整,晶粒間界陷阱能級束縛電子的數(shù)量減少,晶粒間界勢壘下降,使晶粒間界勢壘 對載流子的散射下降,因此薄膜的電阻率隨退火溫度的上升而下降;當(dāng)退火溫度高于 40(TC時,薄膜的電阻率隨溫度的升高而增加,這可能是由于玻璃基板中的K+, Na+ 離子向薄膜中的擴散增強,造成反摻雜效應(yīng),降低了載流子濃度。因此薄膜的熱處理 溫度以400'C為最佳。3. 在熱處理的溫度為400°C,討論熱處理時間對摻雜SbAO. 2%的SnS薄膜電阻 率的影響,結(jié)果如圖3所示。當(dāng)退火時間少于3小時,薄膜的電阻率緩慢下降,這是 因為隨著熱處理時間的延長,樣品晶化特征更加明顯,晶體結(jié)構(gòu)越趨完整,因而導(dǎo)致 薄膜的導(dǎo)電性能更好。當(dāng)退火時間大于3小時,電阻率又呈上升趨勢,這可能是由于 過長的熱處理時間導(dǎo)致硫化錫產(chǎn)生相變,生產(chǎn)其他的第二相物質(zhì),從而導(dǎo)致薄膜的電 阻率緩慢上升。由此可見,退火時間應(yīng)該控制在3小時左右。綜上所述,為了制備低阻的SnS薄膜,其最佳的工藝條件為摻雜0.2X的SbA, 并在氫氣氛圍中進行熱處理,其中熱處理的溫度為4Q0。C,熱處理的時間為3小時。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于太陽能電池的低阻硫化錫薄膜的制備方法,其特征在于具有一下的工藝過程步驟a.將用傳統(tǒng)常規(guī)的真空蒸發(fā)法來沉積制備薄膜,原料采用有氧化銻摻雜的硫化錫,氧化銻的摻雜量為硫化錫重量的0.1%~0.3%;b.將上述沉積制得的已摻雜有Sb203的SnS薄膜放置于氫氣氛圍中進行熱處理,熱處理的溫度為380℃~420℃;熱處理的時間為2.0~3.5小時;c.然后將上述摻雜Sb2O3的SnS薄膜冷卻至室溫,即得到應(yīng)用于太陽能電池的低阻SnS薄膜,其電阻率為6.4~21.0Ω·cm。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于太陽能電池的低阻硫化錫薄膜的制備方法,其特 征在于所述的氧化銻的最適宜摻雜量為硫化錫重量的0. 2%。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種應(yīng)用于太陽能電池的低阻硫化錫薄膜的制備方法, 其特征在于所述的熱處理的最適宜溫度為400°C;最適宜的熱處理時間為3小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于太陽能電池的低阻硫化錫薄膜的制備方法,主要采用真空蒸發(fā)氣相沉積方法來制備薄膜,屬真空蒸發(fā)物理氣相沉積工藝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的特點是利用摻加雜質(zhì)和熱處理的辦法來降低硫化錫薄膜的電阻率。本發(fā)明通過試驗表明當(dāng)在SnS中摻雜0.2wt%的Sb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>時,真空蒸發(fā)沉積所制得的薄膜在氫氣氛圍中再進行熱處理,熱處理的溫度為400℃;熱處理的時間為3小時;最終制得的SnS薄膜的電阻率為6.4Ω·cm,該SnS薄膜適用于作為太陽能電池的吸收層材料。
文檔編號H01L31/18GK101127375SQ200710045848
公開日2008年2月20日 申請日期2007年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月12日
發(fā)明者史偉民, 瑜 張, 鄭耀明, 郭余英, 魏光普 申請人:上海大學(xué)
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