[发明专利]一种表面改性Cu基薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及热电功能材料领域，尤其涉及一种表面改性Cu基薄膜及其制备方法。

背景技术

Cu基薄膜太阳电池主要是以多晶CuInSe₂，CuInGaSe₂，Cu₂ZnSnSe₄，Cu₂ZnSnS₄和Cu₂ZnSn（SSe）₄等薄膜为光吸收层的太阳电池，目前实验室小面积太阳电池最高光电转换效率是以CIGS薄膜作为吸收层的太阳电池，其光电转换效率达到21.7%，已经超过多晶硅20.3%的效率，商业用小型组件的效率也达到了18.7%，其它Cu₂ZnSnSe₄，Cu₂ZnSnS₄和Cu₂ZnSn（SSe）₄等薄膜太阳电池器件最高效率分别为10.6%，9.1%和12.6%。

研究证明，Cu基薄膜太阳电池中光吸收层薄膜材料的质量直接影响太阳电池器件性能的提高，因此，光吸收层薄膜材料的晶体质量和微结构形貌被广泛研究。目前主要用于薄膜材料制备的方法有真空多元共蒸发法、金属预制层后硒化后硫化法，这些方法都是为了在实现降低成本、提高材料利用率的同时提高薄膜吸收层的结晶质量；

应用于太阳电池器件中的光吸收层薄膜材料表面要求是致密平整，目的是形成良好接触的平面异质结结构，从而获得明显光电响应的太阳电池，因此，提高表面处理环境优化成膜环境和表面结构增加光吸收能力，将直接有利于Cu基薄膜太阳电池效率的提高。然而，现有技术中在制备Cu基薄膜的过程中存在一个技术问题，由于吸收层薄膜表面的平整度、均匀度和颗粒度要求很高，一般从真空腔体取出镀制好的吸收层薄膜，需要采用强酸冲洗刻蚀平滑制备过程产生较不平整的表明，以实现与N型功能层薄膜较好的匹配和良好接触，如图1所示即为Cu基薄膜太阳电池的平面异质结结构；然而在强酸腐蚀过程中，吸收层薄膜厚度会被迅速降低，且容易产生强酸残留，直接影响后续功能膜层叠加，导致平面异质结质量和光吸收能力下降，从而影响太阳电池光电转换效率。

由此可见，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种表面改性Cu基薄膜及其制备方法，旨在解决现有的Cu基薄膜制备工艺复杂、制作成本高，并且制备出的Cu基薄膜光吸收能力低的问题。

本发明的技术方案如下：

一种表面改性Cu基薄膜的制备方法，其中，包括步骤：

A、将原Cu基薄膜固定在等离子束轰击系统的轰击工位架上，待轰击；

B、将等离子束轰击系统本底真空度抽至9.0×10^-2 Pa以下，通入Ar气流作为工作气体；

C、采用等离子体Ar⁺离子束对原Cu基薄膜进行轰击，通过控制所述等离子体Ar⁺离子束轰击参量，得到表面改性Cu基薄膜。

较佳地，所述的表面改性Cu基薄膜的制备方法，其中，所述步骤B中，通入气流量为8sccm的高纯Ar气作为工作气体。

较佳地，所述的表面改性Cu基薄膜的制备方法，其中，步骤C中，所述等离子体Ar⁺离子束轰击参量包括等离子体能量、加速极电压、束流、阳极电压、阴极电流和轰击时间中的一种或多种。

较佳地，所述的表面改性Cu基薄膜的制备方法，其中，控制等离子体能量为0.1-2.0 KeV，加速极电压为110-250 V，束流为1-100mA，阳极电压为10-250 V，阴极电流为1-10A，轰击时间为5-50min。

较佳地，所述的表面改性Cu基薄膜的制备方法，其中，控制等离子体能量为0.5 KeV，加速极电压为220 V，束流为8mA，阳极电压为50 V，阴极电流为1-10A，轰击时间为15min。

较佳地，所述的表面改性Cu基薄膜的制备方法，其中，控制轰击时间制备轰击深度为0-2000nm的表面改性Cu基薄膜。

一种表面改性Cu基薄膜，其中，采用如上所述的制备方法制成。

有益效果：本发明采用精确可控的等离子束轰击薄膜，代替传统的强酸冲洗刻蚀工艺，不仅能简化制备过程，而且能制备出绒面等多种表面形状可控的Cu基薄膜，本发明通过对Cu基薄膜表面结构进行改性优化，从而有效提高Cu基薄膜的光吸收性能。

附图说明