[发明专利]一种热压后退火改善硒化镉薄膜质量的方法

说明书

本发明属于半导体薄膜退火处理技术领域，公开了一种热压后退火改善硒化镉薄膜质量的方法，该方法是以硒化镉薄膜为处理对象，在保护性气体的气氛环境下，将硒化镉薄膜直接与导热基底贴合，同时对所述硒化镉薄膜施加压力，在保持压力条件下进行加热退火；由此得到的退火后的硒化镉薄膜相较于处理前的硒化镉薄膜，晶粒尺寸更大、且薄膜孔隙率更小。本发明通过在退火过程中对薄膜进行额外加压，配合加热热火对硒化镉薄膜进行后处理，能够改善当前硒化镉薄膜多孔与高粗糙度问题。

技术领域

本发明属于半导体薄膜退火处理技术领域，更具体地，涉及一种热压后退火改善硒化镉薄膜质量的方法，利用该后退火工艺，能够有效提升硒化镉薄膜的质量，使薄膜内的晶粒尺寸增大、薄膜孔隙率减小。

背景技术

硒化镉(CdSe)是Ⅱ-Ⅵ族直接跃迁半导体材料，在短波和可见光波段具有可观的吸收系数(10⁵cm^-1)，并且具有优异的光电特性和极其稳定的物理化学性质。且通过理论计算表明，硒化镉在硅基叠层太阳能电池应用方面极富竞争力。

当前硒化镉薄膜多使用真空法或溶液法制备，其中真空法具体主要有近空间升华(CSS)和快速热蒸发(RTE)等方法，通过此类高速气相沉积技术可以制备大面积均匀的硒化镉多晶薄膜，但是由于温度串扰和沉积速率过快等问题，得到的多晶薄膜往往出现多孔以及粗糙度大等问题。这些问题会严重影响后续高性能太阳能电池器件的制备。例如薄膜的孔洞会直接导致太阳能电池器件出现短路现象而无法正常工作；薄膜粗糙度大也会导致与其接触的功能层难以完全覆盖薄膜表面从而导致器件无法正常工作。

因此，如何找到一种合适的后处理方法，解决现有硒化镉薄膜多孔以及高粗糙度问题，已成为制备高效率硒化镉薄膜太阳能电池的主要问题。

加压退火，虽然已经是现有薄膜制备技术中已知的一种退火手段(如中文专利文献CN102969241)，但相关研究大多针对于陶瓷材料、III-V族半导体、钙钛矿、铜铟镓硒等；对于二元硒化物而言，由于硒(Se)高饱和蒸气压的特性，硒化物薄膜在退火过程中会很容易出现硒的反蒸，从而引入硒空位导致薄膜质量变差，这使得常规的加压退火方式不能直接适用于硒化物薄膜的后处理。其次对于快速热蒸发制备的硒化镉薄膜存在粗糙度大以及多孔问题，往往需要进一步改善结晶形貌。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种热压后退火改善硒化镉薄膜质量的方法，其中通过在退火过程中对薄膜进行额外加压，配合加热热火对硒化镉薄膜进行后处理，能够改善当前硒化镉薄膜多孔与高粗糙度问题。本发明方法退火后的硒化镉薄膜具有大晶粒尺寸、低晶界密度的微观形貌，得到的硒化镉薄膜尤其可具有致密无孔，表面平整，结晶度高，单一取向等特点，并且本方法改善薄膜质量可靠性好，重复性高。

为实现上述目的，按照本发明提供了一种热压后退火改善硒化镉薄膜质量的方法，其特征在于，该方法是以硒化镉薄膜为处理对象，在保护性气体的气氛环境下，将硒化镉薄膜直接与导热基底贴合，同时对所述硒化镉薄膜施加压力，在保持压力条件下进行加热退火；由此得到的退火后的硒化镉薄膜相较于处理前的硒化镉薄膜，晶粒尺寸更大、且薄膜孔隙率更小；

其中，所述导热基底与所述硒化镉薄膜之间不发生化学反应。

作为本发明的进一步优选，所述施加压力具体是通过在所述硒化镉薄膜上方放置物品实现的，通过该物品的重力作用，实现对所述硒化镉薄膜的加压。

作为本发明的进一步优选，所述物品能够为硒化镉薄膜整体提供(1.6～6.4)×10⁵Pa的压力。

作为本发明的进一步优选，所述保护性气体为氮气或惰性气体；优选的，所述惰性气体为氩气。

作为本发明的进一步优选，所述加热退火是在480℃～540℃的温度下进行的。

作为本发明的进一步优选，所述加热退火的退火时间为0.5h～2h。