CN114873639B - 一种Ba3Zr2S7薄膜及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种Ba3Zr2S7薄膜及其制备方法和应用，用以解决当前钙钛矿薄膜的稳定性差、污染环境、禁带宽度不适的技术问题，制备方法包括以下步骤：将BaCO3和ZrO2原材料粉末进行硫化反应，生成BaZrS3粉末，将BaZrS3粉末制成BaZrS3靶材；将BaSO4原材料粉末进行硫化反应，生成BaS粉末，将BaS粉末制成BaS靶材；将两种靶材进行溅射镀膜，制得前驱体薄膜；将前驱体薄膜进行重结晶处理，制得Ba3Zr2S7薄膜。本发明获得了不含铅且环境友好、性能稳定、光电性能优异的Ba3Zr2S7薄膜；该材料的光学禁带宽度为1.5eV，在光伏电池领域具有良好的应用前景。

Description

一种Ba3Zr2S7薄膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于新型半导体材料技术领域，尤其涉及一种Ba3Zr2S7薄膜及其制备方法和应用。
背景技术
在当代社会，实现对清洁太阳能源的有效利用，是人类孜孜以求的目标。近年来，得益于高效率和低温溶液制备等优势，有机或无机杂化铅卤钙钛矿太阳能电池取得了迅速发展，其效率已经超过了25％。
然而，有机或无机杂化铅卤钙钛矿的不稳定性和含有生物毒性元素铅是不可忽视的两大问题，成为限制其大规模商业化应用的难题。尚缺少一种方法能够制备禁带宽度适宜(处于最佳的太阳能电池吸收禁带宽度1.5eV左右)且稳定、环境友好的钙钛矿薄膜。
硫化物钙钛矿材料具有独特的化学和物理特征，相比卤化物钙钛矿具有更好的稳定性且环境友好；例如专利CN105914296A公开了一种利用射频磁控溅射技术制备钙钛矿薄膜的方法，所制备的有机金属卤化物钙钛矿薄膜含有铅元素；相比氧化物钙钛矿具有适宜的禁带宽度作为太阳能吸收层；相比氮化物更容易合成。但是，目前针对硫化物钙钛矿薄膜制备研究较少。因而，如何研究出一种能够制备出高稳定性、环境友好、禁带宽度适宜的硫化物钙钛矿薄膜的方法，一直是本领域内技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
针对当前钙钛矿薄膜的稳定性差、污染环境、禁带宽度不适的技术问题，本发明提出了一种Ba3Zr2S7薄膜及其制备方法和应用，所制备硫化物钙钛矿薄膜实现了高稳定性、环境友好、禁带宽度适宜的目的，在光伏电池领域具有良好的应用前景。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种Ba3Zr2S7薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1.将BaCO3和ZrO2原材料粉末进行硫化反应，生成BaZrS3粉末，将BaZrS3粉末制成BaZrS3靶材；
S2.将BaSO4原材料粉末进行硫化反应，生成BaS粉末，将BaS粉末制成BaS靶材；
S3.将步骤S1和步骤S2获得的靶材进行溅射镀膜，制得前驱体薄膜；
S4.将步骤S3中获得的前驱体薄膜进行重结晶处理，制得Ba3Zr2S7薄膜。
所述步骤S1中制备BaZrS3靶材的具体步骤为：
S11.将质量比为1:1的BaCO3和ZrO2反应原材料粉末置于高温反应炉中，将高温反应炉抽至本底真空，真空度<0.1Pa；
S12.向步骤S11中的高温反应炉中通入CS2蒸汽，流量为20-30SCCM；
S13.将步骤S12中的高温反应炉升温到1000-1100℃，高温反应炉内的气压为20-30Pa，并保温1-2h，然后冷却至室温，制得BaZrS3粉末；
S14.将步骤S13制得的BaZrS3粉末进行研磨，再置入压片模具中制得压片，将压片置入高温反应炉内，烧结温度1000-1400℃，制得BaZrS3靶材。
所述步骤S14中研磨的过程为手动研磨，研磨时间为1h；所述制备压片的过程中压力为50-100Mpa，压片模具直径为50mm。
所述步骤S2中制备BaS靶材的具体步骤为：
S21.将BaSO4原材料粉末置入高温反应炉中，将高温反应炉抽至本底真空，真空度<0.1Pa；
S22.向步骤S21中的高温反应炉中通入CS2蒸汽，流量为20-30SCCM；
S23.将步骤S22中的高温反应炉升温到900-1000℃，高温反应炉内的气压为20-30Pa，并保温1-2h，然后冷却至室温，制得BaS粉末；
S24.将步骤S23制得的BaS粉末进行研磨，再置入压片模具中制得压片，将压片置入高温反应炉内，烧结温度为900-1000℃，制得BaS靶材。
所述步骤S24中研磨的过程为手动研磨，研磨时间为1h；所述制备压片的过程中压力为50-100Mpa，压片模具直径为50mm。
所述步骤S3中溅射镀膜的具体步骤为：将步骤S1制得的BaZrS3靶材和步骤S2制得的BaS靶材置入磁控溅射***内的磁控溅射腔中，溅射腔本底抽至真空，真空度<0.001Pa；基板为石英基板，基板温度为400-500℃，在基板上低温沉积得到前驱体薄膜。
所述BaZrS3和BaS两个溅射枪的功率为40-80W，溅射压强为0.5-2Pa，溅射流量为5-30SCCM，溅射时间为2-3h，同时打开射频硫源补充硫缺失。
所述步骤S4中重结晶的具体步骤为：将步骤S3中获得的前驱体薄膜置入高温反应炉中，将高温反应炉抽至真空，真空度<0.001Pa；将高温炉升温到900-1100℃，保温1h，然后再冷却至室温，制得Ba3Zr2S7薄膜。
一种Ba3Zr2S7薄膜，所述Ba3Zr2S7薄膜采用上述制备方法制得。
Ba3Zr2S7薄膜的应用，所述Ba3Zr2S7薄膜应用于太阳能光伏器件领域，可以在单结太阳能电池中作为光吸收层使用，或者在叠层太阳能电池中作为顶层电池的吸收层材料。
本发明的有益效果：本发明以BaCO3、ZrO2和BaSO4作为反应原材料，制备的Ba3Zr2S7具有独特的化学和物理特征，相比卤化物钙钛矿具有更好的稳定性且环境友好；相比氧化物钙钛矿作为太阳能吸收层具有适宜的禁带宽度；相比氮化物更容易合成。该制备方法通过靶材制备、二次硫化、溅射镀膜及重结晶过程，所制备的Ba3Zr2S7薄膜中Ba-Zr-S三种原子之间化学键较强，在400℃空气氛围老化实验中仍不易氧化和分解，展现了优异的稳定性；该材料由于自身特殊的Ruddlesden-Popper晶体结构，其光学禁带宽度为1.5eV，光电性能优异；同时所制备的Ba3Zr2S7薄膜中不含铅，对环境友好，因此，Ba3Zr2S7薄膜在光伏电池领域具有良好的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明高温硫化和重结晶装置结构示意图；
图2为本发明磁控溅射***的结构示意图；
图3为本发明实施例1制备的Ba3Zr2S7薄膜X射线衍射图谱；
图4为实施例1制备的Ba3Zr2S7薄膜吸收系数图谱；
图5为实施例1制备的Ba3Zr2S7薄膜扫描电镜形貌图；
图6为实施例1制备的Ba3Zr2S7薄膜能量色散图谱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种Ba3Zr2S7薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)BaZrS3靶材的制备：
S1.以BaCO3和ZrO2为反应原材料粉末，按照物质的量比1:1进行配制，对其进行硫化反应，生成BaZrS3粉末，并制成靶材，硫化反应方程式为2BaCO3+2ZrO2+3CS2＝2BaZrS3+10CO2，其高温硫化装置如图1所示，其包括二硫化碳供给装置、流量控制装置、高温炉、真空装置，上述装置之间通过气阀连接。其具体步骤如下：
S11.以BaCO3和ZrO2为反应原材料粉末，将其置入高温反应炉中，打开抽真空设备，将高温反应炉抽至本底真空，使其真空度<0.1Pa。
S12.打开流量计，使CS2蒸汽进入到步骤S11中的高温反应炉中，设置其流量为30SCCM。
S13.对步骤S12中的高温反应炉设定并执行温度程序，将其逐步升温到1000，并保温1h，然后冷却至室温，制得BaZrS3粉末。
S14.将步骤S13制得的BaZrS3粉末取出、研磨，再置入压片模具中进行压片，将其置入高温反应炉内在温度1400℃时烧结成片，制得BaZrS3靶材。
(2)BaS靶材的制备：
S2.以BaSO4为反应原材料粉末，对其进行硫化反应，生成BaS粉末，并制成靶材，硫化反应方程式为BaSO4+CS2＝BaS+CO2+SO2，其高温硫化装置如图1所示，其包括二硫化碳供给装置、流量控制装置、高温炉、真空装置，上述装置之间通过气阀连接。其具体步骤如下：
S21.以BaSO4为反应原材料粉末，将其置入高温反应炉中，打开抽真空设备，将高温反应炉抽至本底真空，使其真空度<0.1Pa。
S22.打开流量计，使CS2蒸汽进入到步骤S21中的高温反应炉中，设置其流量为30SCCM。
S23.对步骤S21中的高温反应炉设定并执行温度程序，将其逐步升温到900℃，并保温1h，然后冷却至室温，制得BaS粉末。
S24.将步骤S23制得的BaS粉末取出、研磨，再置入压片模具中进行压片，将其置入高温反应炉内在温度1000℃时烧结成片，制得BaS靶材。
(3)前驱体薄膜的制备：
S3.将步骤(1)和步骤(2)获得的靶材进行共溅射镀膜，制得前驱体薄膜；其具体步骤为：将步骤S1制得的BaZrS3和步骤S2制得的BaS靶材，置入磁控溅射***内的磁控溅射腔中，抽溅射腔本底真空，使其真空度<0.001Pa，其磁控溅射***如图2所示，选择石英基底，基板温度设置为500℃，将溅射BaZrS3靶材和BaS靶材，并打开射频硫源补充硫缺失，在基板上低温沉积获得前驱体薄膜。
(4)Ba3Zr2S7薄膜制备：
S4.将步骤(3)中获得的前驱体薄膜进行重结晶处理，制得Ba3Zr2S7薄膜；其具体步骤为：将步骤S3中获得的前驱体薄膜，置入高温反应炉中，打开抽真空设备，将高温反应炉抽至本底真空0.001Pa，并对高温炉设定并执行温度程序，使其逐步升温到900℃，保温1h，然后再冷却至室温，制得Ba3Zr2S7薄膜。
如图3所示，针对实施例1制备好的Ba3Zr2S7薄膜做XRD测试，并将其置于400℃空气环境做热退火实验1个小时，然后继续测试其XRD是否变化，以分析其稳定性。可见无论是刚制备好的Ba3Zr2S7薄膜还是经过400℃空气环境热退火实验之后，其XRD都能够匹配参考峰，且具有良好的c轴生长取向特性，表明本实施例Ba3Zr2S7薄膜纯度较高且具有高稳定性。
图4为针对实施例1制备好的Ba3Zr2S7薄膜光学吸收数据测试结果，可见其禁带宽度位于1.5eV，根据Shockley–Queisser太阳能电池极限理论，该禁带宽度适宜作为单结太阳能电池的吸收层。同时可以看到对于大于1.5eV部分，其吸收系数大于10-5cm-1，展现了对光子的高吸收。
图5为针对实施例1制备好的Ba3Zr2S7薄膜扫描电镜表面形貌图(SEM)。可以看到其在电镜下形貌均一、规整、平坦，展现出来良好的薄膜成膜质量。
图6为针对实施例1制备好的Ba3Zr2S7薄膜能量色散图谱(EDX)。该图清晰地展示出了Ba-Zr-S元素的谱峰，且元素比例符合化学计量比，没有其他杂质峰，Si和O的峰来自衬底背景。
实施例2
一种Ba3Zr2S7薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)BaZrS3靶材的制备：
S11.称量BaCO3和ZrO2粉末，按照物质的量比1:1进行配制，充分研磨混合均匀后，将其置入高温反应炉中，打开真空装置进行抽气，将高温反应炉抽至本底真空，使其真空度<0.1Pa。
S12.打开气体流量控制装置，使CS2蒸汽进入到步骤S11中的高温反应炉中，设置其流量为30SCCM。
S13.对步骤S11中的高温反应炉设定并执行温度程序，并控制真空泵使高温反应炉内的气压为30Pa，将其逐步升温到1000℃，并保温1h，然后冷却至室温，关闭真空装置和流量计，制得BaZrS3粉末。
S14.将步骤S13制得的BaZrS3粉末取出，对其进行手动研磨，研磨时间为1h；将其置入压片模具中，模具直径为50mm，在压力为100MPa下进行压片；再将压片置入高温反应炉内，对高温反应炉抽真空后，将其升温至1300℃进行烧结；将烧结成片的BaZrS3用铟粘接到铜背板上，制成磁控溅射用的BaZrS3靶材。
(2)BaS靶材的制备：
S21.称量BaSO4为反应原材料粉末，充分研磨后，将其置入高温反应炉中，打开真空装置进行抽气，将高温反应炉抽至本底真空，使其真空度<0.1Pa。
S22.打开气体流量控制装置，使CS2蒸汽进入到步骤S21中的高温反应炉中，设置其流量为30SCCM。
S23.对步骤S21中的高温反应炉设定并执行温度程序，并控制真空泵使高温反应炉内的气压为30Pa，将其逐步升温到1000℃，并保温1h，然后冷却至室温，关闭真空装置和流量计，制得BaS粉末。
S24.将步骤S23制得的BaS粉末取出，对其进行手动研磨，研磨时间为1h；将其置入压片模具中，模具直径为50mm，在压力为50MPa进行压片；再将其置入高温反应炉内，对高温反应炉抽真空后，将其升温至1000℃进行烧结；将烧结成片的BaS用铟粘接到铜背板上，制成磁控溅射用的BaS靶材。
(3)前驱体薄膜的制备：
S3.将步骤(1)和步骤(2)制得的BaZrS3靶材和BaS靶材，置入磁控溅射***内的磁控溅射腔中，抽溅射腔本底真空，使其真空度<0.001Pa，其中，溅射时间为2h，溅射气体为氩气，溅射流量为5SCCM，溅射压强为0.5Pa，两个靶材的溅射功率为60W；选择石英基板，将石英基板依次通过丙酮、去离子水、异丙醇、去离子水进行超声清洗，设置基板升温程序，将其温度设置为400℃，在磁控溅射腔中，溅射BaZrS3靶材和BaS靶材，并打开射频硫源补充硫缺失，在基板上低温沉积获得前驱体薄膜。
(4)Ba3Zr2S7薄膜制备：
S4.将步骤(3)中获得的前驱体薄膜置入高温反应炉中，打开抽真空设备，将高温反应炉抽至本底真空0.001Pa，并对高温反应炉设定并执行温度程序，使其逐步升温到950℃，保温1h，然后再冷却至室温，制得Ba3Zr2S7薄膜。
实施例3
一种Ba3Zr2S7薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)BaZrS3靶材的制备：
S11.称量BaCO3和ZrO2粉末，按照物质的量比1:1进行配制，充分研磨混合均匀后，将其置入高温反应炉中，打开真空装置进行抽气，将高温反应炉抽至本底真空，使其真空度<0.1Pa。
S12.打开气体流量控制装置，使CS2蒸汽进入到步骤S11中的高温反应炉中，设置其流量为30SCCM。
S13.对步骤S11中的高温反应炉设定并执行温度程序，并控制真空泵使高温反应炉内的气压为20Pa，将其逐步升温到1050℃，并保温1h，然后冷却至室温，关闭真空装置和流量计，制得BaZrS3粉末。
S14.将步骤S13制得的BaZrS3粉末取出，对其进行手动研磨，研磨时间为1h；将其置入压片模具中，模具直径为50mm，在压力为80MPa进行压片；再将其置入高温反应炉内，对高温反应炉抽真空后，将其升温至1400℃进行烧结；将烧结成片的BaZrS3用铟粘接到铜背板上，制成磁控溅射用的BaZrS3靶材。
(2)BaS靶材的制备：
S21.称量BaSO4为反应原材料粉末，充分研磨后，将其置入高温反应炉中，打开真空装置进行抽气，将高温反应炉抽至本底真空，使其真空度<0.1Pa。
S22.打开气体流量控制装置，使CS2蒸汽进入到步骤S21中的高温反应炉中，设置其流量为30SCCM。
S23.对步骤S21中的高温反应炉设定并执行温度程序，并控制真空泵使高温反应炉内的气压为30Pa，将其逐步升温到900℃，并保温1h，然后冷却至室温，关闭真空装置和流量计，制得BaS粉末。
S24.将步骤S23制得的BaS粉末取出，对其进行手动研磨，研磨时间为1h；将其置入压片模具中，模具直径为50mm，在压力为80MPa进行压片；再将其置入高温反应炉内，对高温反应炉抽真空后，将其升温至900℃进行烧结；将烧结成片的BaS用铟粘接到铜背板上，制成磁控溅射用的BaS靶材。
(3)前驱体薄膜的制备：
S3.将步骤(1)和步骤(2)制得的BaZrS3靶材和BaS靶材，置入磁控溅射***内的磁控溅射腔中，抽溅射腔本底真空，使其真空度<0.001Pa，其中，溅射时间为3h，溅射气体为氩气，溅射流量为10SCCM，溅射压强为1.5Pa，两个靶材的溅射功率为40W；选择石英基板，将石英基板依次通过丙酮、去离子水、异丙醇、去离子水进行超声清洗，设置基板升温程序，将其温度设置为500℃，在磁控溅射腔中，溅射BaZrS3靶材和BaS靶材，并打开射频硫源补充硫缺失，在基板上低温沉积获得前驱体薄膜。
(4)Ba3Zr2S7薄膜制备：
S4.将步骤(3)中获得的前驱体薄膜置入高温反应炉中，打开抽真空设备，将高温反应炉抽至本底真空0.001Pa，并对高温反应炉设定并执行温度程序，使其逐步升温到1000℃，保温1h，然后再冷却至室温，制得Ba3Zr2S7薄膜。
实施例4
一种Ba3Zr2S7薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)BaZrS3靶材的制备：
S11.称量BaCO3和ZrO2粉末，按照物质的量比1:1进行配制，充分研磨混合均匀后，将其置入高温反应炉中，打开真空装置进行抽气，将高温反应炉抽至本底真空，使其真空度<0.1Pa。
S12.打开气体流量控制装置，使CS2蒸汽进入到步骤S11中的高温反应炉中，设置其流量为30SCCM。
S13.对步骤S11中的高温反应炉设定并执行温度程序，并控制真空泵使高温反应炉内的气压为30Pa，将其逐步升温到1100℃，并保温1h，然后冷却至室温，关闭真空装置和流量计，制得BaZrS3粉末。
S14.将步骤S13制得的BaZrS3粉末取出，对其进行手动研磨，研磨时间为1h；将其置入压片模具中，模具直径为50mm，在压力为60MPa进行压片；再将其置入高温反应炉内，对高温反应炉抽真空后，将其升温至1200℃进行烧结；将烧结成片的BaZrS3用铟粘接到铜背板上，制成磁控溅射用的BaZrS3靶材。
(2)BaS靶材的制备：
S21.称量BaSO4为反应原材料粉末，充分研磨后，将其置入高温反应炉中，打开真空装置进行抽气，将高温反应炉抽至本底真空，使其真空度<0.1Pa。
S22.打开气体流量控制装置，使CS2蒸汽进入到步骤S21中的高温反应炉中，设置其流量为30SCCM。
S23.对步骤S21中的高温反应炉设定并执行温度程序，并控制真空泵使高温反应炉内的气压为30Pa，将其逐步升温到950℃，并保温1h，然后冷却至室温，关闭真空装置和流量计，制得BaS粉末。
S24.将步骤S23制得的BaS粉末取出，对其进行手动研磨，研磨时间为1h；将其置入压片模具中，模具直径为50mm，在压力为50MPa进行压片；再将其置入高温反应炉内，对高温反应炉抽真空后，将其升温至950℃进行烧结；将烧结成片的BaS用铟粘接到铜背板上，制成磁控溅射用的BaS靶材。
(3)前驱体薄膜的制备：
S3.将步骤(1)和步骤(2)制得的BaZrS3靶材和BaS靶材，置入磁控溅射***内的磁控溅射腔中，抽溅射腔本底真空，使其真空度<0.001Pa，其中，溅射时间为2h，溅射气体为氩气，溅射流量为20SCCM，溅射压强为2Pa，两个靶材的溅射功率为80W；选择石英基板，将石英基板依次通过丙酮、去离子水、异丙醇、去离子水进行超声清洗，设置基板升温程序，将其温度设置为450℃，在磁控溅射腔中，溅射BaZrS3靶材和BaS靶材，并打开射频硫源补充硫缺失，在基板上低温沉积，获得前驱体薄膜。
(4)Ba3Zr2S7薄膜制备：
S4.将步骤(3)中获得的前驱体薄膜置入高温反应炉中，打开抽真空设备，将高温反应炉抽至本底真空0.001Pa，并对高温反应炉设定并执行温度程序，使其逐步升温到1050℃，保温1h，然后再冷却至室温，制得Ba3Zr2S7薄膜。
实施例5
一种Ba3Zr2S7薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)BaZrS3靶材的制备：
S11.称量BaCO3和ZrO2粉末，按照物质的量比1:1进行配制，充分研磨混合均匀后，将其置入高温反应炉中，打开真空装置进行抽气，将高温反应炉抽至本底真空，使其真空度<0.1Pa。
S12.打开气体流量控制装置，使CS2蒸汽进入到步骤S11中的高温反应炉中，设置其流量为30SCCM。
S13.对步骤S12中的高温反应炉设定并执行温度程序，并控制真空泵使高温反应炉内的气压为30Pa，将其逐步升温到1000℃，并保温1h，然后冷却至室温，关闭真空装置和流量计，制得BaZrS3粉末。
S14.将步骤S13制得的BaZrS3粉末取出，对其进行手动研磨，研磨时间为1h；将其置入压片模具中，模具直径为50mm，在压力为50MPa进行压片；再将其置入高温反应炉内，对高温反应炉抽真空后，将其升温至1000℃进行烧结；将烧结成片的BaZrS3用铟粘接到铜背板上，制成磁控溅射用的BaZrS3靶材。
(2)BaS靶材的制备：
S21.称量BaSO4为反应原材料粉末，充分研磨后，将其置入高温反应炉中，打开真空装置进行抽气，将高温反应炉抽至本底真空，使其真空度<0.1Pa。
S22.打开气体流量控制装置，使CS2蒸汽进入到步骤S21中的高温反应炉中，设置其流量为30SCCM。
S23.对步骤S21中的高温反应炉设定并执行温度程序，并控制真空泵使高温反应炉内的气压为30Pa，将其逐步升温到900℃，并保温1h，然后冷却至室温，关闭真空装置和流量计，制得BaS粉末。
S24.将步骤S23制得的BaS粉末取出，对其进行手动研磨，研磨时间为1h；将其置入压片模具中，模具直径为50mm，在压力为60MPa进行压片；再将其置入高温反应炉内，对高温反应炉抽真空后，将其升温至950℃进行烧结；将烧结成片的BaS用铟粘接到铜背板上，制成磁控溅射用的BaS靶材。
(3)前驱体薄膜的制备：
S3.将步骤(1)和步骤(2)制得的BaZrS3靶材和BaS靶材，置入磁控溅射***内的磁控溅射腔中，抽溅射腔本底真空，使其真空度<0.001Pa，其中，溅射时间为2.5h，溅射气体为氩气，溅射流量为30SCCM，溅射压强为1Pa，两个靶材的溅射功率为60W；选择石英基板，将石英基板依次通过丙酮、去离子水、异丙醇、去离子水进行超声清洗，设置基板升温程序，将其温度设置为400℃，在磁控溅射腔中，溅射BaZrS3靶材和BaS靶材，并打开射频硫源补充硫缺失，在基板上低温沉积，制得前驱体薄膜。
(4)Ba3Zr2S7薄膜制备：
S4.将步骤(3)中获得的前驱体薄膜置入高温反应炉中，打开抽真空设备，将高温反应炉抽至本底真空0.001Pa，并对高温反应炉设定并执行温度程序，使其逐步升温到1100℃，保温1h，然后再冷却至室温，制得Ba3Zr2S7薄膜。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种Ba3Zr2S7薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将原材料进行硫化反应，分别制备BaZrS3粉末和BaS粉末，然后再将二者制成BaZrS3靶材和BaS靶材；
S2.将步骤S1获得的靶材进行溅射镀膜，制得前驱体薄膜；
S3.将步骤S2中获得的前驱体薄膜进行重结晶处理，制得Ba3Zr2S7薄膜；
所述步骤S2中溅射镀膜的步骤为：将步骤S1制得的BaZrS3靶材和BaS靶材置入磁控溅射***内的磁控溅射腔中进行磁控溅射，制得前驱体薄膜；
所述磁控溅射的过程中，磁控溅射***内BaZrS3和BaS两个溅射枪的功率为40-80W，磁控溅射***内溅射腔的真空度<0.001Pa，磁控溅射***内的基板为石英基板，基板温度为400-500℃，溅射压强为0.5-2Pa，溅射流量为5-30SCCM，溅射时间为2-3h，同时打开磁控溅射***内的射频硫源；
所述步骤S3中重结晶的步骤为：将步骤S2中获得的前驱体薄膜置入高温反应炉中，在真空环境中进行烧结，制得Ba3Zr2S7薄膜；所述烧结的过程中高温反应的真空度<0.001Pa，烧结温度为900-1100℃，保温时间1-2h。
2.根据权利要求1所述的Ba3Zr2S7薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中硫化反应的操作为：将原材料粉末置于高温反应炉中，在真空条件下通入CS2蒸汽进行升温反应。
3.根据权利要求2所述的Ba3Zr2S7薄膜的制备方法，其特征在于：所述通入CS2蒸汽的流量为20-30SCCM，升温反应的温度为900-1100℃、反应时间为1-2h、压强为20-30Pa；其中制备BaZrS3粉末的原材料为质量比1:1的BaCO3粉末和ZrO2粉末组成的混合粉末，制备BaS粉末的原材料为BaSO4粉末。
4.根据权利要求1所述的Ba3Zr2S7薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中制成BaZrS3靶材和BaS靶材的步骤为：将BaZrS3粉末和BaS粉末分别研磨后利用压片模具制得压片，然后将压片置入高温反应炉内进行烧结，制得BaZrS3靶材和BaS靶材。
5.根据权利要求4所述的Ba3Zr2S7薄膜的制备方法，其特征在于：所述压片模具在制备压片的过程中压力为50-100Mpa，压片模具直径为50mm；其中，制备BaZrS3靶材的烧结温度为1000-1400℃，制备BaS靶材的烧结温度为900-1000℃。
6.一种Ba3Zr2S7薄膜，其特征在于：所述Ba3Zr2S7薄膜采用权利要求1-5任一项所述的制备方法制得。
7.权利要求6所述Ba3Zr2S7薄膜在太阳能光伏器件领域的应用。
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