三元共电沉积法制备Cu₂ZnSnS₄薄膜

利用三元共电沉积制备金属前驱体,经预加热和硫化热处理后,成功合成了Cu2ZnSnS4薄膜。借助循环伏安法确定三元共沉积电位为E=-1.25 V,考察pH值和电解液离子浓度对金属前驱体元素成分和物相的影响,筛选出电沉积的最佳工艺参数(8 mmol/L SnSO4, 22 mmol/L CuSO4·5H2O, 22 mmol/L ZnSO4·7H2O, 200 mmol/LNa3C6H5O7·2H2O和pH值=5.7),沉积到成分比例接近最佳元素比的金属前驱体(n(Cu)/n(Zn+Sn)≈0.8, n(Zn)/n(Sn)≈1.2)。经300 ℃预加热后,金属前驱体转变成以Cu5Zn8和Cu6Sn5二元合金为主的金属固溶体,为后续硫化热处理形成纯相的CZTS奠定了基础。硫化过程中,硫化时间和硫化温度对薄膜结构形貌的影响显著。随着硫化时间的增大,CZTS的特征峰的强度增大,杂相衍射峰(Cu2-xS、SnS和Cu2SnS3)的强度减弱,CZTS逐渐纯化。硫化时间为60 min时,薄膜具有良好结构和形貌,而进一步硫化,易促使薄膜分解。过低的硫化温度会导致薄膜产生较多的二元和三元杂相,而硫化温度过高则会产生Sn和Zn的挥发流失。580 ℃时,CZTS薄膜的晶粒轮廓分明、晶界清晰、分布致密均匀,薄膜厚度约为2 μm,与Mo层的接触紧密,无间隙,附着性增强