RU2347299C1 - СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОГЛОЩАЮЩЕГО СЛОЯ Cu2ZnSnS4 ДЛЯ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ - Google Patents
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОГЛОЩАЮЩЕГО СЛОЯ Cu2ZnSnS4 ДЛЯ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Download PDFInfo
- Publication number
- RU2347299C1 RU2347299C1 RU2007124415/28A RU2007124415A RU2347299C1 RU 2347299 C1 RU2347299 C1 RU 2347299C1 RU 2007124415/28 A RU2007124415/28 A RU 2007124415/28A RU 2007124415 A RU2007124415 A RU 2007124415A RU 2347299 C1 RU2347299 C1 RU 2347299C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- znsns
- production
- layer
- layers
- stage
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Способ получения Cu2ZnSnS4 слоя осуществляют в две стадии, на первой из которых на подложке или на подложке с проводящим контактом методами вакуумного напыления формируют базовый слой металлических компонент, и/или сульфидов с требуемым для синтезируемого соединения атомным соотношением компонентов, а на второй осуществляют сульфиризацию полученной структуры. Сульфиризацию металлических слоев осуществляют в атмосфере, создаваемой непрерывным током инертного газа и парами серы из неограниченного на время реакции источника, при температуре 220-450°С в течение времени, необходимого для синтеза однофазного слоя соединения Cu2ZnSnS4 . Изобретение обеспечивает возможность получения слоев Cu2ZnSnS4 с заданными физическими характеристиками (кристаллическая структура, фазовый состав, морфология поверхности, ширина запрещенной зоны и пр.) посредством упрощения технологии производства и повышение экологической безопасности процесса. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области полупроводниковой электроники и может быть использовано при формировании солнечных элементов и каскадных преобразователей на их основе.
Известен способ получения пленок Cu2ZnSnS4 толщиной 0.3-1.0 мкм методом атомного лучевого распыления [1], заключающийся в испарении предварительно синтезированного соединения с заданным соотношением компонент пучком атомов чистого аргона в течение 2-6 час на стеклянные подложки при температуре 240°С.
Недостатком данного способа является длительность процесса получения и невысокое качество пленок, что обусловлено реиспарением легколетучих компонент (Sn, S) с поверхности пленки.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ получения Cu2ZnSnS4 пленок методом отжига в атмосфере N2+H2S (5%) при температуре 550°С в течение 3 часов, предварительно осажденных на подложку слоев Cu, Sn и ZnS в различной последовательности [2].
Недостатком данного способа является применение высокотоксичного соединения H2S в течение длительного времени отжига, что усложняет и удорожает технологический процесс, поскольку требует создания условий экологической безопасности.
Задачей изобретения является обеспечение возможности получения слоев Cu2ZnSnS4 с заданными физическими характеристиками (кристаллическая структура, фазовый состав, морфология поверхности, ширина запрещенной зоны и пр.) посредством упрощения технологии производства и повышение экологической безопасности процесса.
Задача решается тем, что способ получения Cu2ZnSnS4 слоя осуществляют в две стадии, на первой из которых на подложке или на подложке с проводящим контактом методами вакуумного напыления формируют базовый слой металлических компонент, и/или сульфидов с требуемым для синтезируемого соединения атомным соотношением компонентов, а на второй осуществляют сульфиризацию полученной структуры.
Новым, по мнению авторов, является то, что сульфиризацию металлических слоев, осуществляют в атмосфере, создаваемой непрерывным током инертного газа и парами серы из неограниченного на время реакции источника, при температуре 220-450°С в течение времени, необходимого для синтеза однофазного слоя соединения Cu2ZnSnS4.
Способ получения поглощающего слоя Cu2ZnSnS4 заключается в следующей последовательности операций:
- формирование на исходной подложке (или на подложке с проводящим контактом) различными методами вакуумного напыления (термическим, ионно-плазменным и т.п.) элементов базового слоя (Cu-Zn-Sn) и/или сульфидов с требуемым для синтезируемого соединения атомным соотношением;
- отжиг полученной структуры в парах серы.
Выбор температурного интервала обусловлен следующими факторами:
- при температуре ниже 220°С происходит образование многофазной смеси из непрореагировавших бинарных интерметаллических и бинарных соединений меди и цинка, что подтверждается данными рентгеновского фазового анализа;
- в температурном интервале от 220°С до 450°С происходит образование пленок однофазного полупроводникового соединения Cu2ZnSnS4 с преимущественной ориентацией в направлении [112] (Фиг.1), характеризующихся однородной поверхностью (Фиг.2,а), имеющих размер зерна 1-3 мкм (Фиг.2,б) р-тип проводимости;
- при температурах свыше 450°С происходит увеличение шероховатости поверхности, появление микропор и отклонения состава пленок от стехиометрического, обусловленное реиспарением легколетучих компонент.
Совокупность указанных признаков позволяет упростить технологию получения слоев Cu2ZnSnS4 за счет применения инертной газовой атмосферы вместо среды с пониженным давлением, повысить экологическую безопасность производства за счет исключения из технологического цикла высокотоксичного серосодержащего газа.
Способ осуществляется следующим образом.
На первом технологическом этапе на стеклянной (металлической) подложке формируется базовая пленка из осажденных слоев Zn(ZnS)-Cu-Sn в любой последовательности
Толщину каждого слоя рассчитывают исходя из его атомного веса, плотности и стехиометрической формулы синтезируемого соединения. Например, для получения пленки с составом Cu2ZnSnS4 толщина слоев ZnS, Cu и Sn должна составлять 0.67 мкм, 0.25 мкм и 0.33 мкм соответственно. Слои наносят методом термического распыления на установке вакуумного напыления УВН 71П-3 в вакууме 7∙10-5 Торр. Температура подложки составляет 100°С. Получаемая в результате отжига в парах серы пленка толщиной 1.8 мкм имеет состав с атомным содержанием компонент Cu=24.2 ат.%, Zn=13.4 ат.%, Sn=13.1 ат.%, 8=49.3 ат.% (определенным по данным количественного рентгеновского микроанализа, Stereoskan-360), что в пределах погрешности измерения близко к требуемому.
Второй этап - формирование полупроводникового соединения Cu2ZnSnS4 путем отжига базового слоя Zn(ZnS)/Cu/Sn в парах серы в реакторной зоне промышленной диффузионной печи типа СДОМ. Подложки с осажденными слоями помещают в контейнер. На расстоянии 2-3 мм под ними помещается лодочка с гранулами серы массой 150 мг. Контейнер загружается в реакционную камеру трехзонной диффузионной печи и камера герметизируется металлической заглушкой с выводом на вытяжную вентиляцию для того, чтобы пары серы не попадали в атмосферу помещения. Для удаления из реакционной камеры кислорода и создания инертной газовой атмосферы, камера продувается газообразным азотом с расходом 50 л/час в течение 10 мин. Затем расход азота уменьшается до 4 л/час и контейнер вдвигается в зону с температурой 220-230°С, в которой выдерживается 20 минут, а затем перемещается в зону с температурой 440-450°С и выдерживается 15-20 мин. Далее проводится остывание синтезированного слоя до комнатной температуры в токе инертного газа.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать пленки Cu2ZnSnS4, применение которых в качестве светопоглощающих слоев при формировании солнечных элементов позволит повысить их выходные параметры и стабильность в работе.
Источники информации
1. К.Ito, Т.Nakazawa. Electrical and Optical Properties of Stannite-Type Quaternary Semiconductor Thin Films. // Japanese Journal of Applied Physics. 1988, Vol.27, №11, P.2094-2097.
2. H.Katagiri. Cu2ZnSnS4 thin film solar. // Thin Solid Films. 2005. Vol.480-481, P.426-432 (прототип).
Claims (1)
- Способ получения поглощающего слоя Cu2ZnSnS4 для солнечных элементов, заключающийся в двухстадийном процессе, на первой стадии которого на подложке или на подложке с проводящим контактом формируют базовый слой металлических компонент и/или сульфидов с требуемым для синтезируемого соединения атомным соотношением компонентов, на второй осуществляют сульфиризацию структуры, отличающийся тем, что сульфиризацию базовых слоев осуществляют в атмосфере, создаваемой непрерывным током инертного газа и парами серы из неограниченных на время реакции источников, при температурах 220-450°С в течение времени, необходимого для формирования однофазного слоя Cu2ZnSnS4.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007124415/28A RU2347299C1 (ru) | 2007-07-28 | 2007-07-28 | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОГЛОЩАЮЩЕГО СЛОЯ Cu2ZnSnS4 ДЛЯ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007124415/28A RU2347299C1 (ru) | 2007-07-28 | 2007-07-28 | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОГЛОЩАЮЩЕГО СЛОЯ Cu2ZnSnS4 ДЛЯ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2347299C1 true RU2347299C1 (ru) | 2009-02-20 |
Family
ID=40531914
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007124415/28A RU2347299C1 (ru) | 2007-07-28 | 2007-07-28 | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОГЛОЩАЮЩЕГО СЛОЯ Cu2ZnSnS4 ДЛЯ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2347299C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103094373A (zh) * | 2011-03-25 | 2013-05-08 | 南京航空航天大学 | Cu2ZnSnS4/a-Si异质结太阳能电池及其制备方法 |
RU2675610C1 (ru) * | 2017-08-10 | 2018-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Способ получения пленки светопоглощающего материала с перовскитоподобной структурой |
RU2695208C1 (ru) * | 2018-07-17 | 2019-07-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук (ИПХФ РАН) | Способ получения монозеренных кестеритных порошков |
RU2718124C1 (ru) * | 2019-06-10 | 2020-03-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской Академии наук (ФГБУН ИПХФ РАН) | Способ получения монозеренных кестеритных порошков из тройных халькогенидов меди и олова и соединений цинка |
-
2007
- 2007-07-28 RU RU2007124415/28A patent/RU2347299C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
H.Katagiri. Cu 2 ZnSnS 4 thin film solar. Thin Solid Films. 2005, vol.480-481, p.426-432. K.Ito, T.Nakazawa. Electrical and Optical Properties of Stannite-Type Quaternary Semiconductor Thin Films. Japanese Journal of Applied Physics. 1988, vol.27, №11, p.2094-2097. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103094373A (zh) * | 2011-03-25 | 2013-05-08 | 南京航空航天大学 | Cu2ZnSnS4/a-Si异质结太阳能电池及其制备方法 |
CN103094373B (zh) * | 2011-03-25 | 2016-02-17 | 南京航空航天大学 | Cu2ZnSnS4/a-Si异质结太阳能电池及其制备方法 |
RU2675610C1 (ru) * | 2017-08-10 | 2018-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Способ получения пленки светопоглощающего материала с перовскитоподобной структурой |
RU2695208C1 (ru) * | 2018-07-17 | 2019-07-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук (ИПХФ РАН) | Способ получения монозеренных кестеритных порошков |
RU2718124C1 (ru) * | 2019-06-10 | 2020-03-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской Академии наук (ФГБУН ИПХФ РАН) | Способ получения монозеренных кестеритных порошков из тройных халькогенидов меди и олова и соединений цинка |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11624112B2 (en) | Synthesis and use of precursors for ALD of molybdenum or tungsten containing thin films | |
Welch et al. | Self-regulated growth and tunable properties of CuSbS2 solar absorbers | |
US8828782B2 (en) | Annealing processes for photovoltaics | |
TWI516632B (zh) | 含va族元素之薄膜之原子層沈積用的前驅物之合成與使用 | |
US20130087744A1 (en) | Ink compositions for photovoltaics | |
RU2347299C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОГЛОЩАЮЩЕГО СЛОЯ Cu2ZnSnS4 ДЛЯ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ | |
Schneider et al. | Atomic layer deposition of copper sulfide thin films | |
Olgar et al. | Impact of sulfurization parameters on properties of CZTS thin films grown using quaternary target | |
Chalapathi et al. | Growth and properties of co-evaporated Cu2SnS3 thin films for solar cell applications | |
KR20200030233A (ko) | 전이금속 전구체, 이를 포함하는 액상 조성물 및 이를 이용하는 전이금속 칼코게나이드 박막의 제조방법 | |
US8211400B2 (en) | Method of manufacturing a clathrate compound | |
US5681975A (en) | Single source metalloorgranic precursors to type 14-16 semiconductors | |
RU2347298C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ Cu(In, Ga)(S, Se)2 ТОНКИХ ПЛЕНОК | |
JP2004091233A (ja) | 金属硫化物薄膜およびその製造方法 | |
KR100893744B1 (ko) | 칼코겐화합물 박막을 위한 유기금속 화학기상증착용 전구체 및 그 제조방법 | |
US20100139557A1 (en) | Reactor to form solar cell absorbers in roll-to-roll fashion | |
Gremenok et al. | Investigation of CuInZnSe2 thin films for solar cell applications | |
EP4354517A1 (en) | Platinum group metal chalcogenide thin film and semiconductor material provided with platinum group metal chalcogenide thin film | |
Nagapure et al. | Growth and characterization of Ge-substituted Cu2ZnSnSe4 thin films | |
RU2236065C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ ZN2-2х CUх INх VI2 | |
Maki et al. | Fabrication of pyrite FeS2 films from electrochemically deposited FeOOH by sulfur annealing | |
Taşçıoğlu et al. | Dark And Photoconductivity Behavior of CH3NH3PbI3 Thin Films Depending On Atmospheric Conditions | |
US20240258446A1 (en) | Platinum group metal chalcogenide thin film, and semiconductor material provided with the platinum group metal chalcogenide thin film | |
RU2212080C2 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХАЛЬКОПИРИТНЫХ CuInSe2, Cu (In, Ga)Se2, CuGaSe2 ТОНКИХ ПЛЕНОК | |
Shamardin et al. | Atypical Deposition Temperature of CZTS Thin Films in Spray-Pyrolysis Technique: Impact on Surface Morphology, Phase, and Chemical Composition |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090629 |