溶液法制备铜钡锡硫硒和铜锶锡硫硒薄膜

作者：崔勇; 唐啸虎; 张伟; 李学田; 邵忠财; 邵鸿媚^*

来源：表面技术, 2022, 51(12): 295-302.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.12.030

• 铜钡锡硫硒薄膜
• 铜锶锡硫硒薄膜
• 硒化
• 薄膜表征
• 光电转换

目的 在玻璃基底上制备2种铜钡锡硫和铜锶锡硫薄膜，研究薄膜硒化过程中硒化时间对薄膜形貌以及晶体生长的影响。方法 采用配位能力强的二甲基亚砜作为溶剂溶解金属氯化物-氯化亚铜、氯化钡、氯化亚锡、氯化锶前体盐以及硫脲，二甲基亚砜溶剂中硫原子具有的孤对电子可以与铜离子、钡离子、锡离子、锶离子进行配位，避免了金属硫化物沉淀的产生，制备的分子前体溶液可以在空气中稳定存在。采用液相旋涂的方法在镀有钼薄膜的玻璃基底上旋涂分子前体溶液，随后在充满氮气手套箱中320℃加热板上退火制备铜钡锡硫和铜锶锡硫预制膜，使用高温硒化这一可以显著改善铜基薄膜晶体质量的手段进行处理，引入硒原子部分替换硫原子，制备铜钡锡硫硒和铜锶锡硫硒薄膜。使用XRD、SEM、XPS分析表征手段对制备的铜钡锡硫硒和铜锶锡硫硒薄膜进行结构、形貌、元素价态表征。结果 硒化后的铜钡锡硫硒和铜锶锡硫硒薄膜表现出良好的晶体结构，XRD显示组成铜钡锡硫硒和铜锶锡硫硒薄膜由大晶粒组成。硒化后的铜钡锡硫硒薄膜表面由大晶粒组成，形成连续薄膜，不同硒化温度下的铜钡锡硫硒薄膜表面有孔洞出现。随着硒化温度的升高，铜钡锡硫硒薄膜中的小粒子层逐渐消失。硒化后的铜锶锡硫硒薄膜表面晶体层比较稀疏，无法形成连续薄膜，因此无法用于制备薄膜太阳能电池；铜离子、钡离子、锡离子、锶离子、硫离子、硒离子的价态分别为+1、+2、+4、+2、-2、-2。结论 旋涂制备的铜钡锡硫薄膜经过高温硒化之后，铜钡锡硫硒薄膜晶体组成比较致密，组装的玻璃基底/金属钼/铜钡锡硫硒薄膜/硫化镉/氧化锌/铟锡导电玻璃/铝薄膜太阳能电池，表现出光电转换信号。制备的铜钡锡硫硒薄膜太阳能电池的短路电流密度为63μA/cm2，开路电压为0.169 V。

• 单位
  环境与化学工程学院; 沈阳理工大学