一種化學(xué)水浴法制備大尺寸硫化鎘薄膜的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種化學(xué)水浴法制備大尺寸硫化鎘薄膜的方法，包括：將至少一塊襯底以將其中不需鍍膜的一面封閉的方式固定于反應(yīng)容器中；向所述反應(yīng)容器內(nèi)注入含有鎘鹽、硫源、氨水、和去離子水的反應(yīng)溶液后將所述反應(yīng)容器密封，其中所述反應(yīng)溶液的體積小于所述反應(yīng)容器的容積；將密封好的反應(yīng)容器水平浸入到恒溫水浴振蕩器中，加熱水浴并使所述反應(yīng)容器以水平方向上回旋往復(fù)或者以中軸為軸心上下擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方式不停地將反應(yīng)溶液混合均勻，從而在所述至少一塊襯底的未封閉的一面上沉積均勻的硫化鎘薄膜；以及硫化鎘薄膜沉積至所需厚度后取出并清洗、干燥即制得大尺寸硫化鎘薄膜。
【專利說(shuō)明】一種化學(xué)水浴法制備大尺寸硫化鎘薄膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)電池領(lǐng)域，具體涉及一種化學(xué)水浴法制備大尺寸硫化鎘薄膜的方法。
【背景技術(shù)】 [0002]在能源日益短缺和環(huán)境污染日益加重的今天，太陽(yáng)能以無(wú)污染及分布最廣泛，取之不盡等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越多地受到人們的重視。其中，薄膜電池材料已成為目前的研究領(lǐng)域熱點(diǎn)之一。
[0003]CdS是化學(xué)性能穩(wěn)定的寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)，是直接帶隙半導(dǎo)體，帶隙為2.4eV。在許多太陽(yáng)能電池中作為n型半導(dǎo)體層和吸收層，如CIGS和CdTe太陽(yáng)能電池。在這些器件中，光透過(guò)CdS窗口層被pn結(jié)附近的p型半導(dǎo)體吸收。CdS薄膜的質(zhì)量對(duì)電池的效率和壽命是非常重要的。
[0004]在CIGS系薄膜太陽(yáng)電池中，CdS作為緩沖層是關(guān)鍵的組成部分，它與吸收層的失配率大小決定異質(zhì)結(jié)性能是否良好。緩沖層的作用包括:(1)減少與吸收層的晶格失配率；
(2)阻止后續(xù)薄膜的制備工藝對(duì)CIGS薄膜的損傷，并消除由此引起的電池短路現(xiàn)象；(3)在CdS的沉積時(shí)，鎘原子擴(kuò)散進(jìn)入CIGS表層內(nèi)的有序缺陷層進(jìn)行摻雜，使得CIGS表層形成反型層，減少界面復(fù)合。
[0005]制備CdS薄膜的方法很多，如真空鍍膜、離子濺射、絲網(wǎng)印刷、熱蒸發(fā)、電沉積、化學(xué)水浴沉積(chemical bath deposition,簡(jiǎn)稱CBD)等。其中，化學(xué)水浴沉積法使用最普遍，該方法的優(yōu)點(diǎn)為設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單、成本低、易于大面積生產(chǎn)和容易生長(zhǎng)均勻致密的CdS薄膜等。雖然CdS只有50nm左右厚,但CdS中Cd是有毒的重金屬離子,在CdS的制備使用和回收處理中會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。由于襯底全部浸在反應(yīng)容器中，往往需要較多的反應(yīng)溶液，原料使用率低，加熱速率慢也不高；另外還會(huì)在不需要沉積的襯底背面也生長(zhǎng)出CdS薄膜和顆粒，影響實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]面對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種化學(xué)水浴法制備硫化鎘薄膜的方法，更具體地說(shuō)是提供一種制備大面積硫化鎘薄膜的簡(jiǎn)易方法。
[0007]在此，本發(fā)明提供一種化學(xué)水浴法制備大尺寸硫化鎘薄膜的方法，包括:
將至少一塊襯底以將其中不需鍍膜的一面封閉的方式固定于反應(yīng)容器中；
向所述反應(yīng)容器內(nèi)注入含有鎘鹽、硫源、氨水、和去離子水的反應(yīng)溶液后將所述反應(yīng)容器密封，其中所述反應(yīng)溶液的體積小于所述反應(yīng)容器的容積；
將密封好的反應(yīng)容器水平浸入到恒溫水浴振蕩器中，加熱水浴并使所述反應(yīng)容器以水平方向上回旋往復(fù)或者以中軸為軸心上下擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方式不停地將反應(yīng)溶液混合均勻，從而在所述至少一塊襯底的未封閉的一面上沉積均勻的硫化鎘薄膜；以及
硫化鎘薄膜沉積至所需厚度后取出并清洗、干燥即制得大尺寸硫化鎘薄膜。[0008]根據(jù)本發(fā)明，所需設(shè)備簡(jiǎn)單，不需溶液循環(huán)或攪拌的裝置系統(tǒng)，能避免反應(yīng)容器死角內(nèi)溶液混合不均勻的情況；反應(yīng)容器的厚度可以設(shè)計(jì)的很小，原料消耗少，薄膜沉積均勻，成膜質(zhì)量高，工藝參數(shù)易于控制；而且可以使襯底進(jìn)行單面鍍膜，而不會(huì)在不需要沉積的襯底背面進(jìn)行沉積，減小溶液用量而減小鎘金屬污染；并且反應(yīng)容器的面積可以按照薄膜所要求的面積隨意放大而不會(huì)影響硫化鎘薄膜的質(zhì)量。
[0009]較佳地，所述至少一塊襯底為多塊襯底，該多塊襯底通過(guò)具有多個(gè)臂的支架分別固定并緊貼在所述反應(yīng)容器的各個(gè)內(nèi)表面上，所述支架的各個(gè)臂的長(zhǎng)度與所述支架的中心到所述各個(gè)內(nèi)表面之間的距離相適應(yīng)。
[0010]采用本發(fā)明，可以利用簡(jiǎn)單的支架結(jié)構(gòu)同時(shí)在多塊襯底上進(jìn)行鍍膜，提高鍍膜效率。
[0011]較佳地，也可以是將所述至少一塊襯底緊貼于所述反應(yīng)容器的內(nèi)表面，并插入設(shè)置在與該內(nèi)表面鄰接的兩側(cè)面上的與該內(nèi)表面緊鄰的凹槽中，所述凹槽的厚度與所述襯底的厚度相同。
[0012]采用本發(fā)明，可以利用簡(jiǎn)單的凹槽結(jié)構(gòu)同時(shí)在多塊襯底上進(jìn)行鍍膜，提高鍍膜效率。
[0013]較佳地，根據(jù)所述襯底的形狀和面積采用與其匹配的反應(yīng)容器的形狀和面積以使襯底背面緊貼于反應(yīng)容器的內(nèi)表面。
[0014]采用本發(fā)明，當(dāng)硫化鎘薄膜沉積時(shí)，在襯底上僅僅發(fā)生單面鍍膜，而且可以根據(jù)需要選擇合適的容器制備任意形狀的面積的大尺寸硫化鎘薄膜。
[0015]較佳地，也可 以是所述至少一塊襯底包括兩塊形狀相同的襯底，該兩塊形狀相同的襯底以背面相互緊貼的方式插入位于所述反應(yīng)容器的兩相對(duì)側(cè)面的凹槽中，所述凹槽的厚度為該兩塊形狀相同的襯底的厚度之和。
[0016]采用本發(fā)明，當(dāng)硫化鎘薄膜沉積時(shí)，可以同時(shí)對(duì)兩塊以上的襯底進(jìn)行單面鍍膜。
[0017]較佳地，所述反應(yīng)容器的厚度為3~5cm。本發(fā)明所用容器的厚度無(wú)需很厚，節(jié)約成本。
[0018]較佳地，所述鎘鹽為氯化鎘、硝酸鎘、硫酸鎘、和/或醋酸鎘。所述硫源為Na2S、NaS2O3JP / 或硫脲。
[0019]較佳地，在所述反應(yīng)溶液中，鎘濃度為I~15mM。氨水濃度為0.1~1M。硫源濃度為I~30mM。
[0020]較佳地，加熱水浴溫度至30~90°C，反應(yīng)時(shí)間為10~20分鐘。本發(fā)明的方法條件溫和，反應(yīng)時(shí)間短。
[0021 ] 較佳地，還可以在沉積硫化鎘薄膜的同時(shí)施加超聲輔助沉積。
[0022]較佳地，所得硫化鎘薄膜的厚度為50~80nm，帶隙為2.2~2.8eV。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明一個(gè)示例的反應(yīng)容器的示意圖；
圖2為本發(fā)明一個(gè)示例的反應(yīng)裝置的示意圖；
圖3為本發(fā)明中實(shí)施例1中所制備的CdS薄膜掃描電鏡圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖和下述實(shí)施方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，應(yīng)理解，附圖及下述實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
[0025]本發(fā)明采用化學(xué)水浴法制備大尺寸、多片、單面沉積的硫化鎘薄膜。具體地，作為示例，本發(fā)明的方法可以包括以下步驟。
[0026]1.反應(yīng)溶液的配制。根據(jù)待鍍膜的襯底的面積和膜的所需厚度(即所需CdS的量)配制反應(yīng)溶液。將鎘鹽、氨水、硫源和去離子水按一定比例混合制成反應(yīng)溶液，該一定比例例如可以是使所述反應(yīng)溶液中鎘鹽產(chǎn)生的鎘濃度為I~15mM，氨水濃度為0.1~1M，硫濃度為I~30mM ;其余為去離子水。鎘鹽可以為氯化鎘、硝酸鎘、硫酸鎘、和/或醋酸鎘。硫源可以為Na2S、NaS2O3、和/或硫脲。各反應(yīng)原料具體的投料量根據(jù)所需要的CdS的量進(jìn)行確定，為了節(jié)省反應(yīng)原料，可以在滿足鍍膜需要的前提下盡可能地減少原料用量。
[0027]2.襯底的安裝。將至少一塊襯底以將其中不需鍍膜的一面封閉的方式固定于反應(yīng)容器中。
[0028]在一個(gè)示例中，至少一塊襯底為多塊襯底，該多塊襯底通過(guò)具有多個(gè)臂的支架分別固定在反應(yīng)容器的各個(gè)內(nèi)表面上，其中支架的各個(gè)臂的長(zhǎng)度與支架的中心到反應(yīng)容器的各個(gè)內(nèi)表面之間的距離相適應(yīng)。例如在一個(gè)示例中，將兩塊襯底分別貼合在反應(yīng)容器的兩個(gè)相對(duì)的內(nèi)表面上，并通過(guò)長(zhǎng)度與這兩個(gè)相對(duì)的內(nèi)表面之間的距離相適應(yīng)的一字形支架、T字形支架或十字形支架分別支撐固定在反應(yīng)容器的兩個(gè)相對(duì)的內(nèi)表面上。又，在另一個(gè)示例中，采用長(zhǎng)方體反應(yīng)容器時(shí)，將五塊襯底分別貼合在反應(yīng)容器的五個(gè)面上，然后通過(guò)具有至少五個(gè)臂的支架分別支撐固定在反應(yīng)容器的五個(gè)面上。應(yīng)理解，支架的形狀和臂的個(gè)數(shù)可根據(jù)襯底的形狀和塊數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
[0029]在又一個(gè)示例中，將至少一塊襯底緊貼于反應(yīng)容器的內(nèi)表面，并插入設(shè)置在與該內(nèi)表面鄰接的兩側(cè)面上的與該`內(nèi)表面緊鄰的凹槽中，所述凹槽的厚度與所述襯底的厚度相同。例如，采用長(zhǎng)方體反應(yīng)容器時(shí)，可以在其上表面和/或下表面上緊貼襯底，在任意一組相對(duì)的側(cè)面的與上表面和/或下表面緊鄰處設(shè)置厚度與襯底厚度相同的凹槽。
[0030]在襯底緊貼于反應(yīng)容器內(nèi)表面的情況下，所采用的反應(yīng)容器的形狀和面積可以根據(jù)襯底的形狀和面積進(jìn)行設(shè)置，以使襯底的背部能夠完全緊貼于所述反應(yīng)容器的內(nèi)表面。例如，當(dāng)襯底為平板狀時(shí)，可以采用如圖1所示的長(zhǎng)方體形狀的反應(yīng)容器。
[0031]在又一個(gè)示例中，所述至少一塊襯底包括一組或一組以上的兩塊形狀相同的襯底，該兩塊形狀相同的襯底以背面相互緊貼的方式插入位于所述反應(yīng)容器的兩相對(duì)側(cè)面的凹槽中，所述凹槽的厚度為該兩塊形狀相同的襯底的厚度之和。各組的襯底的形狀可以相同，也可以不同。各組襯底之間可以隔開(kāi)合適的距離，從而在可以滿足鍍膜需求的條件下放置多組襯底進(jìn)行同時(shí)鍍膜，提高鍍膜效率。而且，在該情況下，反應(yīng)容器的形狀不受襯底形狀的限制，只要能夠?qū)⒁r底以兩塊襯底背面緊貼的方式固定于反應(yīng)容器中即可。
[0032]應(yīng)理解，固定方式不限于上述方式，只要能將襯底不需鍍膜的一面封閉地進(jìn)行固定即可，例如也可以是將襯底放入專用夾具中，并將襯底與夾具一起放入反應(yīng)容器中。
[0033]所采用的反應(yīng)容器的容積應(yīng)大于反應(yīng)溶液的體積。此外，為了節(jié)省用于制造反應(yīng)容器的原材料，可以在使反應(yīng)容器的容積大于反應(yīng)容溶液的體積的前提下盡可能地減小反應(yīng)容器的體積，例如，可以是將上述長(zhǎng)方體的上下表面設(shè)計(jì)得足夠大以能夠?qū)⒋竺娣e的襯底緊貼并固定于其上表面和/或下表面，同時(shí)將長(zhǎng)方體的高度(即反應(yīng)容器的厚度)設(shè)置得盡量小以節(jié)省原材料。例如，反應(yīng)容器的厚度可以為3~5cm。
[0034] 另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員明了，在鍍膜之前，可以將襯底清洗干凈并干燥?？梢圆捎霉囊r底清洗方法，例如將襯底依次用丙酮、乙醇進(jìn)行超聲清洗，再用去離子水沖洗徹底后用氮?dú)獯蹈苫蛟诒叵淅锖娓伞?br> [0035]3.薄膜的沉積。將反應(yīng)溶液加入到反應(yīng)容器中，保持反應(yīng)溶液體積小于反應(yīng)容器的容積，并將反應(yīng)容器密封好。圖2示出本發(fā)明一個(gè)示例的反應(yīng)裝置的示意圖，其中大的長(zhǎng)方體為恒溫水浴振蕩器，其內(nèi)盛有水，在水中放置的是密封的反應(yīng)容器。如圖2所示，將密封好的反應(yīng)容器水平放入恒溫水浴振蕩器中，加熱水浴溫度至30~90°C，反應(yīng)容器以水平方向上回旋往復(fù)或者以中軸為軸心上下擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方式不停地將反應(yīng)溶液混合均勻，從而在襯底的與反應(yīng)溶液接觸的面上沉積硫化鎘薄膜，而襯底的背面(緊貼于反應(yīng)容器表面的面或兩塊襯底相互接觸的面)上不會(huì)產(chǎn)生沉積。在一個(gè)示例中，可以在使反應(yīng)容器運(yùn)動(dòng)的同時(shí)施加超聲波輔助沉積，以加快沉積速度。當(dāng)薄膜沉積到所需厚度時(shí)，反應(yīng)結(jié)束。在一個(gè)示例中，沉積的硫化鎘薄膜的厚度為50~80nm。在一個(gè)示例中，總反應(yīng)時(shí)間為10~20分鐘。將沉積好硫化鎘薄膜的襯底取下，清洗并干燥，例如可以用去離子水沖洗并用氮?dú)獯蹈伞＿@樣，即在襯底上制備了大面積硫化鎘薄膜。圖3示出本發(fā)明一個(gè)示例的CdS薄膜的掃描電鏡圖，參照?qǐng)D3可知，所制備的CdS薄膜沉積均勻，成膜質(zhì)量高。經(jīng)測(cè)試，CdS薄膜的帶隙為
2.2eV ~2.8eV0
[0036]本發(fā)明中，襯底背面緊貼于反應(yīng)容器的內(nèi)表面，或者兩塊形狀相同的襯底背面緊貼，當(dāng)硫化鎘薄膜沉積時(shí)，在襯底上僅僅發(fā)生單面鍍膜。另外，由于是采用恒溫水浴振蕩器，因此所需設(shè)備簡(jiǎn)單，不需溶液循環(huán)或攪拌的裝置系統(tǒng)，能避免反應(yīng)容器死角內(nèi)溶液混合不均勻的情況。又，通過(guò)使反應(yīng)容器以水平方向上回旋往復(fù)或者以中軸為軸心上下擺動(dòng)的方式運(yùn)動(dòng)，可以使薄膜沉積均勻連續(xù)，成膜質(zhì)量高。而且，溶液的用量少，可以減少鎘金屬污染問(wèn)題。
[0037]由上可知，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明所需設(shè)備簡(jiǎn)單，不需溶液循環(huán)或攪拌的裝置系統(tǒng)，能避免反應(yīng)容器死角內(nèi)溶液混合不均勻的情況；反應(yīng)容器的厚度可以設(shè)計(jì)的很小，原料消耗少；解決了制備大面積硫化鎘薄膜均勻性的問(wèn)題，薄膜沉積均勻，成膜質(zhì)量高，工藝參數(shù)易于控制，而且可以使襯底進(jìn)行單面鍍膜；并且反應(yīng)容器的面積可以按照薄膜所要求的面積隨意放大而不會(huì)影響硫化鎘薄膜的質(zhì)量；可減少溶液的用量，減少鎘金屬污染問(wèn)題。
[0038]下面進(jìn)一步例舉實(shí)施例以詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。同樣應(yīng)理解，以下實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。下述示例具體的質(zhì)量、體積、溫度、時(shí)間等工藝參數(shù)也僅是合適范圍中的一個(gè)示例，即本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過(guò)本文的說(shuō)明做合適的范圍內(nèi)選擇，而并非要限定于下文示例的具體數(shù)值。
[0039]實(shí)施例1
1、反應(yīng)溶液的配制:分別稱取硫酸鎘0.58g、硫脲7.4g溶解于1.3L的去離子水中，再加入25%的氨水0.2L，得到反應(yīng)溶液；
2、襯底的安裝:將兩塊30X30cm的襯底超聲清洗干凈，再用氮?dú)獯蹈珊蟛迦敕磻?yīng)容器的凹槽中，保持兩塊襯底分別緊貼于反應(yīng)容器的上下表面，之后倒入反應(yīng)溶液，保持反應(yīng)溶液體積小于反應(yīng)容器的體積，并將反應(yīng)容器密封好；
3、薄膜的沉積:將密封好的反應(yīng)容器水平放入恒溫水浴振蕩器中，反應(yīng)容器以回旋往復(fù)的運(yùn)動(dòng)方式將溶液混合均勻，水浴溫度為60°C，反應(yīng)時(shí)間20min ；
4、襯底的清洗:將沉積了CdS薄膜的襯底取出，去離子水中超聲清洗5min，然后用氮?dú)獯蹈?。所制備的CdS薄膜的掃描電鏡圖如圖3所示，由圖可知，該CdS薄膜沉積均勻連續(xù)，成膜質(zhì)量高。
[0040]實(shí)施例2
1、反應(yīng)溶液的配制:同實(shí)施例1;
2、襯底的安裝:同實(shí)施例1;
3、薄膜的沉積:將密封好的反應(yīng)容器水平放入恒溫水浴振蕩器中，反應(yīng)容器以上下?lián)u擺的運(yùn)動(dòng)方式將溶液混合均勻，水浴溫度為60°C，反應(yīng)時(shí)間20min ；
4、襯底的清洗:同實(shí)施例1。
[0041]實(shí)施例3
1、反應(yīng)溶液的配制:同實(shí)施例1;
2、襯底的安裝:同實(shí)施例1;
3、薄膜的沉積:將密封好的反應(yīng)容器水平放入恒溫水浴振蕩器中，反應(yīng)容器以回旋往復(fù)的運(yùn)動(dòng)方式將溶液混合均勻，水浴溫度為80°C，反應(yīng)時(shí)間15min ；
4、襯底的清洗:同實(shí)施例1。
[0042]實(shí)施例4
1、反應(yīng)溶液的配制:同實(shí)施例1;
2、襯底的安裝:同實(shí)施例1;
3、薄膜的沉積:將密封好的反應(yīng)容器水平放入恒溫水浴振蕩器中，反應(yīng)容器以回旋往復(fù)的運(yùn)動(dòng)方式將溶液混合均勻，同時(shí)施加20~40KHz的超聲波輔助沉積，水浴溫度為60°C，反應(yīng)時(shí)間15min ；
4、襯底的清洗:同實(shí)施例1。
[0043]實(shí)施例5
1、反應(yīng)溶液的配制:分別稱取硫酸鎘4.64g、硫脲59.2g溶解于10.4L的去離子水中，再加入25%的氨水1.6L，得到反應(yīng)溶液；
2、襯底的安裝:將兩塊60X120cm的襯底超聲清洗干凈，再用氮?dú)獯蹈珊蟛迦敕磻?yīng)容器的凹槽中，保持兩塊襯底分別緊貼于反應(yīng)容器的上下表面，之后倒入反應(yīng)溶液，保持反應(yīng)溶液體積小于反應(yīng)容器的體積，并將反應(yīng)容器密封好；
3、薄膜的沉積:同實(shí)施例1;
4、襯底的清洗:同實(shí)施例1。
[0044]實(shí)施例6
1、反應(yīng)溶液的配制:同實(shí)施例1;
2、襯底的安裝:將一塊30X30cm的襯底超聲清洗干凈，再用氮?dú)獯蹈珊蟛迦敕磻?yīng)容器的凹槽中，保持襯底緊貼于反應(yīng)容器的上表面，之后倒入反應(yīng)溶液，保持反應(yīng)溶液體積小于反應(yīng)容器的體積，并將反應(yīng)容器密封好；3、薄膜的沉積:同實(shí)施例1;
4、襯底的清洗:同實(shí)施例1。
[0045]實(shí)施例7
1、反應(yīng)溶液的配制:同實(shí)施例1;
2、襯底的安裝:將一塊30X30cm的襯底超聲清洗干凈，再用氮?dú)獯蹈珊蟛迦敕磻?yīng)容器的凹槽中，保持襯底緊貼于反應(yīng)容器的下表面，之后倒入反應(yīng)溶液，保持反應(yīng)溶液體積小于反應(yīng)容器的體積，并將反應(yīng)容器密封好；
3、薄膜的沉積:同實(shí)施例1;
4、襯底的清洗:同實(shí)施例1。
[0046]實(shí)施例8
1、反應(yīng)溶液的配制:分別稱取氯化鎘0.14g、硫脲7.4g溶解于1.3L的去離子水中，再加入25%的氨水0.2L，得到反應(yīng)溶液 ；
2、襯底的安裝:同實(shí)施例1;
3、薄膜的沉積:同實(shí)施例1;
4、襯底的清洗:同實(shí)施例1。
[0047]產(chǎn)業(yè)應(yīng)用性:本發(fā)明一方面解決了制備大面積硫化鎘薄膜均勻性的問(wèn)題，并且在襯底上僅發(fā)生單面鍍膜，所沉積的硫化鎘薄膜均勻、連續(xù)、質(zhì)量高；另一方面可減少溶液的用量，減少鎘金屬污染問(wèn)題，而且制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，設(shè)備投資少，原料利用率高，可控性強(qiáng)，重復(fù)性好，可以應(yīng)用于薄膜太陽(yáng)電池制造等領(lǐng)域。
【權(quán)利要求】
1.一種化學(xué)水浴法制備大尺寸硫化鎘薄膜的方法，其特征在于，包括: 將至少一塊襯底以將其中不需鍍膜的一面封閉的方式固定于反應(yīng)容器中； 向所述反應(yīng)容器內(nèi)注入含有鎘鹽、硫源、氨水、和去離子水的反應(yīng)溶液后將所述反應(yīng)容器密封，其中所述反應(yīng)溶液的體積小于所述反應(yīng)容器的容積； 將密封好的反應(yīng)容器水平浸入到恒溫水浴振蕩器中，加熱水浴并使所述反應(yīng)容器以水平方向上回旋往復(fù)或者以中軸為軸心上下擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方式不停地將反應(yīng)溶液混合均勻，從而在所述至少一塊襯底的未封閉的一面上沉積均勻的硫化鎘薄膜；以及 硫化鎘薄膜沉積至所需厚度后取出并清洗、干燥即制得大尺寸硫化鎘薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一塊襯底為多塊襯底，該多塊襯底通過(guò)具有多個(gè)臂的支架分別固定并緊貼在所述反應(yīng)容器的各個(gè)內(nèi)表面上，所述支架的各個(gè)臂的長(zhǎng)度與所述支架的中心到所述各個(gè)內(nèi)表面之間的距離相適應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述至少一塊襯底緊貼于所述反應(yīng)容器的內(nèi)表面，并插入設(shè)置在與該內(nèi)表面鄰接的兩側(cè)面上的與該內(nèi)表面緊鄰的凹槽中，所述凹槽的厚度與所述襯底的厚度相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述襯底的形狀和面積采用與其匹配的反應(yīng)容器的形狀和面積以使襯底背面緊貼于反應(yīng)容器的內(nèi)表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一塊襯底包括兩塊形狀相同的襯底，該兩塊形狀相 同的襯底以背面相互緊貼的方式插入位于所述反應(yīng)容器的兩相對(duì)側(cè)面的凹槽中，所述凹槽的厚度為該兩塊形狀相同的襯底的厚度之和。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)容器的厚度為3~5cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述鎘鹽為氯化鎘、硝酸鎘、硫Ife鋪、和/或醋Ife鋪。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述硫源為Na2S、NaS203、和/或硫脲。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述反應(yīng)溶液中，鎘濃度為I~15mM,氨水濃度為0.1~1M,硫濃度為I~30mM。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，加熱水浴溫度至30~90°C，反應(yīng)時(shí)間為10~20分鐘。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在沉積硫化鎘薄膜的同時(shí)施加超聲輔助沉積。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所得硫化鎘薄膜的厚度為50~80nm,帶隙為 2.2 ~2.8eV。
【文檔編號(hào)】C23C18/16GK103643225SQ201310617879
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】黃富強(qiáng), 李愛(ài)民, 王耀明, 朱小龍, 秦明升, 張雷, 謝宜桉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所