一種制備銅鋁硫薄膜的方法
【專利摘要】一種制備銅鋁硫薄膜的方法，屬于光電薄膜制備【技術(shù)領(lǐng)域】，本發(fā)明通過如下步驟獲得，首先清洗玻璃基片，然后將CuCl2·2H2O、Al(NO3)3·9H2O、CH4N2S放入溶劑中，用旋涂法在玻璃片上得到前驅(qū)體薄膜，烘干，放入有水合聯(lián)氨的可密閉容器，使前驅(qū)體薄膜樣品不與聯(lián)氨接觸，將此密閉容器進行加熱后取出樣品并干燥，得到銅鋁硫光電薄膜。本發(fā)明不需要高溫真空條件、對設(shè)備儀器要求低并容易操作、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。所得銅鋁硫光電薄膜擇優(yōu)取向生長且有較好的連續(xù)性和均勻性，這種新工藝為制備高性能的銅鋁硫光電薄膜提供了一種成本低、可實現(xiàn)工業(yè)化的生產(chǎn)方法。
【專利說明】一種制備銅鋁硫薄膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電薄膜制備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種制備銅鋁硫薄膜的制備方法。【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會的不斷發(fā)展，可再生資源的消耗越來越多，全球儲量銳減。資源的緊缺和成本的持續(xù)增長使眾多國家將注意力轉(zhuǎn)向于新能源的研究，太陽能以其清潔性；可持續(xù)性及來源廣泛等優(yōu)點，在眾多可再生能源中脫穎而出。為充分利用太陽能，各國均潛心投入于太陽能電池的研究。
[0003]銅鋁硫廣泛應用在光伏探測器，太陽能電池，和發(fā)光二極管等。銅鋁硫基薄膜太陽能電池是目前研究最熱門的光學材料之一，這是因為其吸收層材料CuInS2屬于1-1I1-VI2族具有黃銅礦結(jié)構(gòu)，直接能隙為3.49電子伏特，具有電轉(zhuǎn)化率等一系列優(yōu)點。薄膜材料的擇優(yōu)取向生長是提高半導體材料在一定方向上性能的重要途徑，這需要改善制備エ藝才能做到。
[0004]目前銅鋁硫薄膜的制備方法主要有噴射熱解法、溶劑熱法、化學沉積法、反應濺射法、真空蒸發(fā)法等。由于原料成本低，因此是ー種非常有發(fā)展前途的光電薄膜材料，但現(xiàn)有エ藝路線復雜、制備成本高，因而同樣需要探索低成本的制備エ藝。
[0005]像前面所述方法一祥，其它方法也有不同的缺陷。與本發(fā)明相關(guān)的還有如下文獻:
[0006][1]Caglar M, Ilican S, Caglar Y.Structural, morphological and opticalproperties of CuAlS2f i 1ms deposited by spray pyrolysis method[J].0pticsCommunications,2008，281 (6):1615-1624.[0007]主要描述以CuCl2.2H20, A1C13.6H20和(NH2)2CS為原料以適當?shù)呐浔韧ㄟ^噴霧熱分解法制備CuA1S2薄膜，計算出CuA1S2薄膜的光學帶隙為3.45電子伏特并對CuA1S2膜的光學常數(shù)如折射率，消光系數(shù)和介電常數(shù)的進行了測定。
[0008][2]Yue G H, Wang X，Wang L S, et al.Synthesis of single crystalCuAlS2nanowires via a low temperature direct polyol route.Physics Letters A,2008,372(38):5995-5998.[0009]主要描述以氯化亞銅，氯化鋁和硫脲為原料加入到100毫升的燒瓶中并加入50毫升こニ醇中通過低溫度下制備CuA1S2納米線，通過X-射線衍射數(shù)據(jù)表明為黃銅礦結(jié)構(gòu)和計算樣品的直接能隙為3.48電子伏特并對其光致發(fā)光的研究。
[0010][3]Liu M L，Wang Y M,Huang F Q,et al.0ptical and electrical propertiesstudy on p-type conducting CuAlS2+xwith wide band gap.Scripta Materialia,2007,57(12):1133-1136.[0011]主要描述通過放電等離子燒結(jié)出黃銅礦結(jié)構(gòu)的塊狀CuA1S2+x證明所有樣品都是p型半導體，并對寬禁帶CuA1S2+x半導體材料的光學和電學特性的研究。
[0012][4]Fu-Qiang Huang, Min-Ling Liu, Chongyin Yang, Highly enhanced p-typeelectrical conduction in wide band gap Cu1+X八丄l_xS2polycrystals.Solar EnergyMaterials&Solar Cells95(2011)2924-2927.[0013]主要描述對CuA1S2參雜Cu對其光學和電學性能的影響。
[0014][5] V.Sudarsan, S.K.Kulshreshtha, Low temperature synthesis of thesemiconductor CuGaS2.Volume49, Issue2, 30Junel997,146-149.[0015]主要描述采用低溫合成的方法制備CuGaS2，合成的材料具有良好的結(jié)晶性的和相當好的半導體特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，而發(fā)明了一種與現(xiàn)有技術(shù)的制備方法完全不同的銅鋁硫薄膜的制備エ藝。
[0017]本發(fā)明制備銅鋁硫薄膜材料，采用鈉鈣玻璃為基片，以CuCl2.2H20,Al (N03)3.9H20, CH4N2S為原料，以去離子水、こニ醇、こ醇胺、氨水、鹽酸這五種原料的兩種以上的混合物為溶劑，以氨水、鹽酸為輔助介質(zhì)來調(diào)整溶液的pH值，按一定的化學計量比配制溶液，先以旋涂法制備一定厚度的含銅鋁硫的前驅(qū)體薄膜，再以水合聯(lián)氨為還原劑，在密閉容器內(nèi)在較低溫度下加熱，使前驅(qū)體薄膜還原并發(fā)生合成反應得到目標產(chǎn)物。
[0018]本發(fā)明的具體制備方法包括如下順序的步驟:
[0019]a.進行玻璃基片的清洗，將大小為2mmX2mm玻璃片按體積比放入三氯甲烷:こ醇=5: 1的溶液中，超聲波清洗30min ;再將玻璃片放入丙酮:蒸餾水=5: 1的溶液中，超聲波清洗30min ;再在蒸餾水中將玻璃基片用超聲振蕩30min ;將上述得到的玻璃基片排放在玻璃皿中送入烘箱中，在100°C下烘干供制膜用。
[0020]b.將CuCl2.2H20、A1 (N03)3.9H20、CH4N2S放入溶劑中，使溶液中的物質(zhì)均勻混合，并調(diào)節(jié)pH值。具體的說，可以將0.8-1.5份CuCl2.2Η20、1.7-3.3份Α1(Ν03)3.9Η20、1.0-2.5份CH4N2S放入30-150份的溶劑中，使溶液中的物質(zhì)均勻混合，可加入0-250份氨水和鹽酸0-200來調(diào)整溶液的pH值，其中溶劑為去離子水、こニ醇、こ醇胺、氨水、鹽酸至少ー種的混合溶液。
[0021]c.制作外部均勻涂抹步驟b所述溶液的基片，并烘干，得到前驅(qū)體薄膜樣品?？梢詫⑸鲜鋈芤旱蔚椒胖迷趧蚰z機上的玻璃基片上，再啟動勻膠機以200-3500轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)ー定時間，使滴上的溶液涂均勻后，在100°C對基片進行烘干后，再次重復滴上前述溶液和旋轉(zhuǎn)涂布后再烘干，如此重復5-15次，于是在玻璃基片上得到了一定厚度的前驅(qū)體薄膜樣品。
[0022]d.將步驟c所得前驅(qū)體薄膜樣品置干支架上，放入有水合聯(lián)氨的可密閉容器，使前驅(qū)體薄膜樣品不與聯(lián)氨接觸。水合聯(lián)氨放入為1.0-2.0份。
[0023]e.將上述裝有前驅(qū)體薄膜樣品的密閉容器放入烘箱中，加熱至160-220°C之間，保溫時間10-20小時，然后冷卻到室溫取出，使其自然干燥后，即得到銅鋁硫薄膜。
[0024]本發(fā)明不需要高溫高真空條件，對儀器設(shè)備要求低，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率高,易于操作。所得銅鋁硫薄膜具有較好的連續(xù)性和均勻性，這種新エ藝為制備高性能的銅鋁硫薄膜提供了一種成本低、可實現(xiàn)大規(guī)模的エ業(yè)化生產(chǎn)的方法。
[0025]【具體實施方式】
[0026]實施例1
[0027]a.玻璃基片的清洗:如前所述進行清洗玻璃基片(大小為2mmX2mm)。
[0028]b.將 1.0 份 CuCl2.2Η20、2.200 份 Al (N03) 3.9H20 和 0.896 份 CH4N2S 放入玻璃瓶中，加入39.789份去離子水和26.526份氨水，利用超聲波振動30min以上，使溶液中的物質(zhì)均勻混合。
[0029]c.將上述溶液滴到放置在勻膠機上的玻璃基片上，再啟動勻膠機，勻膠機以200轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)動5秒，以3000轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)15秒，使滴上的溶液涂均勻后，在100°C對基片進行烘干后，再次重復滴上前述溶液和旋轉(zhuǎn)涂布后再烘干，如此重復10次，于是在玻璃基片上得到了一定厚度的前驅(qū)體薄膜樣品。
[0030]d.將上述エ藝所得的前驅(qū)體薄膜樣品放入可密閉的容器，并放入1.449份水合聯(lián)氨，前驅(qū)體薄膜樣品置干支架上使其不與聯(lián)氨接觸。
[0031]e.將上述裝有前 驅(qū)體薄膜樣品的密閉容器放入烘箱中，加熱至200°C之間，保溫時間18小時，然后冷卻到室溫取出，使其自然干燥后，即得到銅鋁硫薄膜。
[0032]實施例2
[0033]a.玻璃基片的清洗:如前所述進行清洗玻璃基片(大小為2mmX2mm)。
[0034]b.將 1.0 份 CuCl2.2Η20、2.200 份 Al (N03) 3.9H20 及 0.896 份 CH4N2S 放入 39.789份こニ醇中均勻混合，加鹽酸至pH為2.5，利用超聲波振動30min以上，使溶液中的物質(zhì)均勻混合。
[0035]c.將上述溶液滴到放置在勻膠機上的玻璃基片上，再啟動勻膠機，勻膠機以200轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)動5秒，以3000轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)15秒，使滴上的溶液涂均勻后，在100°C對基片進行烘干后，再次重復滴上前述溶液和旋轉(zhuǎn)涂布后再烘干，如此重復10次，于是在玻璃基片上得到了一定厚度的前驅(qū)體薄膜樣品。
[0036]d.將上述エ藝所得的前驅(qū)體薄膜樣品放入可密閉的容器，并放入1.791份水合聯(lián)氨，前驅(qū)體薄膜樣品置干支架上使其不與聯(lián)氨接觸。
[0037]e.將上述裝有前驅(qū)體薄膜樣品的密閉容器放入烘箱中，加熱至200°C之間，保溫時間18小時，然后冷卻到室溫取出，使其自然干燥后，即得到銅鋁硫薄膜。
【權(quán)利要求】
1.一種制備銅鋁硫薄膜的方法，包括如下步驟: a.玻璃基片的清洗；
b.將0.8 -1.5 份 CuCl2.2Η20、1.7 -3.3 份 A1 (N03) 3.9H20、及 1.0 -2.5 份 CH4N2S放入30-150份溶劑中均勻混合； c.在勻膠機上吸附基片并在表面均勻涂抹步驟b所述溶液，后烘干，得到前驅(qū)體薄膜樣品； d.將步驟C所得前驅(qū)體薄膜樣品置干支架上，放入有1.791份水合聯(lián)氨的可密閉容器，使前驅(qū)體薄膜樣品不與水合聯(lián)氨接觸；將裝有前驅(qū)薄膜樣品的密閉容器放入烘箱中，加熱至160-220°C之間，保溫時間10-20小時，然后冷卻到室溫取出； e.將步驟d所得產(chǎn)物，進行干燥，得到銅鋁硫薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的ー種制備銅鋁硫薄膜的方法，其特征在于，步驟a所述清洗，是將玻璃基片大小為2mmX2mm，按體積比放入三氯甲烷:こ醇=5: 1的溶液中，超聲波清洗；再將玻璃片放入丙酮:蒸餾水=5: 1的溶液中，超聲波清洗；再在蒸餾水中將玻璃基片用超聲振蕩；將上 述得到的玻璃基片排放在玻璃皿中送入烘箱中烘干供制膜用。
3.如權(quán)利要求1所述的ー種制備銅鋁硫薄膜的方法，其特征在干，步驟c所述均勻涂抹的基片，是在勻膠機上涂抹，勻膠機以200-3500轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)，然后對基片進行烘干后，再次如此重復5-15次，得到了一定厚度的前驅(qū)體薄膜樣品。
【文檔編號】H01L31/18GK103449733SQ201310301210
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月9日
【發(fā)明者】李靜, 高穩(wěn)成, 劉科高, 石磊, 許斌 申請人:山東建筑大學