[发明专利]In2(SxSe1-x)3薄膜材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种In₂(S_xSe_1‑x)₃薄膜材料的制备方法，该In₂(S_xSe_1‑x)₃薄膜材料的制备方法包括：第一步，对基材表面进行清洁处理；第二步，在清洁处理后的基材表面通过磁控反应溅射法一步沉积In₂(S_xSe_1‑x)₃薄膜，其中，0≤x≤1；第三步，对In₂(S_xSe_1‑x)₃薄膜表面进行刻蚀处理。本发明提出的In₂(S_xSe_1‑x)₃薄膜材料的制备方法具有成本低、薄膜成分易控可调、重现性好和适合薄膜大面积生长等优点，所制备的薄膜具有良好的成分可控性和均匀性，优越的结晶质量及透光性。

技术领域

本发明涉及光电材料技术领域，尤其涉及一种In₂(S_xSe_1-x)₃薄膜材料的制备方法。

背景技术

当前全球能源危机和大气污染问题日益突出，全世界都把目光投向可再生能源，其中太阳能以其独有的优势而成为人们关注的焦点。丰富的太阳辐射能是重要的能源，取之不尽、用之不竭，是人类能够自由利用的能源。太阳能的直接利用方式主要有三种：光热转化、光化学转化和光电转换。太阳能热水系统是光热转化的典型应用，目前已被广泛应用。光化学转换基本处于实验室阶段，比较典型的就是光化学制氢。光电转化则是太阳能利用最重要的方向之一，其主要表现形式为光伏发电。

在当前我国经济调整的拐点下，光伏发电将迎来新的技术进步和产业增长，其作为一种利用太阳能的新能源，并不需要像传统能源那样竞争石油、煤炭等资源，而是体现在对核心技术的需求上。就在2016年4月19日，国家发改委和能源局共同发布了新能源技术革命创新行动计划(2016–2030年)和能源技术革命重点创新行动路线图，表明对能源改革的决心和技术创新的重视。太阳电池作为光伏发电的主体，其生产成本和转换效率决定了应用价值。目前来看，作为市场主流的晶硅太阳电池，其技术发展空间在逐渐缩小，且依然没有达到与化石燃料发电成本持平的地步，因此发展新型的低成本电池材料以及合适的制备技术是很有必要的。

在太阳电池当中，很多情况下窗口层与吸收层之间的带隙宽度较大。因此，在吸收层与窗口层中间需要添加一个缓冲层来完成吸收层和窗口层中间的能量过渡，减小两者之间的带隙台阶和晶格失配，调整导带边失调值。这能对改善pn结质量和电池性能起到重要作用。因此选取适当的缓冲层材料、制备理想形貌的缓冲层对于制备高效的太阳电池尤为重要。

在过去的研究当中，CdS是具有符合器件要求性能的缓冲层材料，然而Cd作为一种有毒元素，并不符合可持续发展理念，因此应当选择合适的替代材料In₂(S_xSe_1-x)₃便是比较理想的替代材料之一。

In₂(S_xSe_1-x)₃薄膜材料的制备方法一般采用化学水浴法、共蒸发沉积法、化学喷涂热解法，然后在含硫或硒的气氛下进行高温退火处理。化学水浴法反应较为复杂，难以精确控制薄膜组成，沉积速率也较慢，并且难以大面积生产和推广。化学喷涂热解法存在以下问题：有机物挥发带来的杂质残留、细孔的产生、有毒及高成本有机物的使用、厚度、附着力和成分不易控制。共蒸发沉积法由于不同材料饱和蒸汽压的区别，不同蒸发源的蒸发速率及蒸发量难以精确控制，因而在制备多元薄膜时难以保证大面积成膜均匀性。

发明内容