Спосіб одержання тонких плівок cu2znsns4 (czts)

Реферат: Спосіб одержання тонких плівок Cu2ZnSnS4 включає напилення на підкладки з металевих мішеней (Zn, Sn, Сu) та подальшу сульфатацію шляхом відпалу протягом 5 хвилин в парах сірки. При цьому як мішені використовують сплав Cu2ZnSn (99,99 %) стехіометричного складу для подальшого нанесення плівки, яку піддають процесу сульфатації шляхом відпалу при 450±5 °C в парах сірки. UA 103918 U (12) UA 103918 U UA 103918 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до способів нанесення тонких плівок для виготовлення приладів електроніки і фотовольтаїки. Відомий спосіб нанесення плівок Cu2ZnSnS4 [Jia nsheng Wang, Song Li, Jiajia Cai, Bo Shen, Yuping Ren, Gaowu Qin, Cu2ZnSnS4 thin films: Facile and cost-effective preparation by RFmagnetron sputtering and texture control, Journal of Alloys and Compounds 552 (2013) 418-422], шляхом розпилення мішені CZTS методом високочастотного магнетронного розпилення, створеної шляхом спікання порошків Cu2S, ZnS, SnS2 та S при температурі 750 °C. Основними недоліками такого способу напилення плівки CZTS є необхідність у виготовленні мішені, яка складається з дрібнодисперсних порошків Cu 2S, ZnS, SnS2 і S, які необхідно спресовувати та спікати, що негативно впливає на чистоту осадженої плівки, та важкість управління стехіометрією плівок отриманих за даною методикою. Найбільш близьким до запропонованого технічного рішення є спосіб нанесення плівок Cu2ZnSnS4 [S.M. Pawar, A.I. Inamdar, B.S. Pawar, K.V. Gurav, S.W. Shin, Xiao Yanjun, S.S. Kolekar, Jung-HoLee, Jin Hyeok Kim, Hyunsik Im, Synthesis of Cu 2ZnSnS4 (CZTS) absorber by rapidt hermal processing (RTP) sulfurization of stacked metallic precursor films forsolar cell applications, Materials Letters 118 (2014)76-79], який полягає у послідовному нанесенні тонких шарів Zn, Sn, Сu товщиною 200/200/350 нм на скляні підкладки шляхом розпилення мішеней Zn (99,999 %), Sn (99,99 %), Сu (99,99 %). Отримані структури Zn/Sn/Cu піддаються процесу сульфатації шляхом відпалу при 500-580 °C протягом 5 хвилин в парах сірки для утворення плівки Cu 2ZnSnS4. Основними недоліками цього способу є складність технології оскільки необхідно наносити почергово три різні метали заданої товщини, що значно ускладнює управління стехіометрією плівок CZTS таким способом та утворення плівки Cu xS на поверхні, а також необхідна висока температура сульфатації (500-580 °C) при утворенні сполуки Cu2ZnSnS4 в наслідок необхідності дифузії всіх компонент. В основу корисної моделі поставлена задача розробити просту та дешеву технологію осадження напівпровідникових тонких плівок Cu2ZnSnS4 з заданими електричними та оптичними характеристиками для виготовлення фотоелектричних приладів на їх основі. Поставлена задача вирішується тим, що у способі, згідно з корисною моделлю, замість трьох металевих мішеней (Zn, Sn, Cu) використовують мішень Cu 2ZnSn (99,99 %) стехіометричного складу для подальшого нанесення плівки, яку піддають процесу сульфатації шляхом відпалу при 450±5 °C в парах сірки для утворення плівки Cu2ZnSnS4. В останні роки приділяють велику увагу дослідженню четверних напівпровідників Cu 2ZnSnS4 із за можливості їх застосування у фотоелектричних пристроях. CZTS є одним з найперспективніших матеріалів, для поглинача в тонкоплівкових сонячних елементах завдяки 4 його оптимальній ширині забороненої зони (~1.5 eV), високому коефіцієнту поглинання (~10 см 1 ), а також для одержання CZTS використовуються не шкідливі, поширені в земній корі елементи низької вартості. В запропонованому способі використовується Zn (99,999 %), Sn (99,99 %), Cu (99,99 %), які розплавляються в кварцовому стакані в атомному співвідношенні Cu 2ZnSn і виливаються у формі шайби діаметром 100 мм товщиною 8 мм. Напилення тонкої плівки Cu2ZnSn (товщиною 0,5 мкм) проводилося на скляні, кварцові та ситалові підкладки методом реактивного магнетронного розпилення мішені Cu 2ZnSn при постійній напрузі. Парціальний тиск аргону складає 0,35 Па, при постійній потужності магнетрона - 120 Вт. Протягом процесу напилення температура підкладки підтримується на рівні 300 K. Отримані плівки Cu2ZnSn піддаються процесу сульфатації шляхом відпалу при 450 °C в парах сірки для утворення плівки Cu2ZnSnS4. Отримані за допомогою такого способу плівки Cu 2ZnSnS4 є суцільними і однорідними по товщині, а також не потребують затрат часу та енергії для видалення плівки Cu xS з поверхні (яка утворюється при послідовному нанесенні тонких шарів Zn, Sn, Cu), що забезпечує чистоту експерименту та дешевизну технології. Шляхом підбору температури відпалу та концентрації сірки можна контролювати провідність та пропускання нанесеної плівки, що визначає електричні та фотоелектричні властивості сонячних елементів створених на основі запропонованих плівок. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб одержання тонких плівок Cu2ZnSnS4, що включає напилення на підкладки з металевих мішеней (Zn, Sn, Сu) та подальшу сульфатацію шляхом відпалу протягом 5 хвилин в парах сірки, який відрізняється тим, що як мішені використовують сплав Cu2ZnSn (99,99 %) 1 UA 103918 U стехіометричного складу для подальшого нанесення плівки, яку піддають процесу сульфатації шляхом відпалу при 450±5 °C в парах сірки. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2