CN111020487A - 一种取向可控的准一维结构材料的薄膜制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种取向可控的准一维结构材料的薄膜制备方法，该方法基于立式蒸发管式炉，具体包括以下步骤：(1)将蒸发源材料及待沉积的基底放置在所述立式蒸发管式炉中；(2)抽真空处理，使所述立式蒸发管式炉的真空度保持在预设真空度附近波动不超过±1Pa；(3)加热区加热处理，使蒸发源材料蒸发并沉积在基底上，形成薄膜；在制备过程中，通过控制蒸发工艺参数，使形成的准一维材料的薄膜取向可控。本发明通过对制备方法关键的工艺参数的改进，采用特定结构的立式蒸发管式炉进行沉积，实现准一维材料薄膜的沉积和取向控制，得到不依赖于基底的取向可控的半导体薄膜，与现有技术相比能够有效解决无法控制准一维材料取向的问题。

Description

一种取向可控的准一维结构材料的薄膜制备方法

技术领域

本发明属于半导体薄膜制备技术领域，更具体地，涉及一种取向可控的准一维结构材料的薄膜制备方法，适用于硫化锑等各向异性的准一维结构材料的取向可控的合成。

背景技术

硫化锑，硒化锑，硫化铋等各向异性材料得到快速发展并且被广泛应用到光电领域。该类材料薄膜晶体由带状单元组成单链，单链内以强的化学键结合，而链间以弱的范德华力结合，容易沿着链的方向裂开，称为准一维结构材料。其光电特性由于材料本身的低对称性导致在材料内不同方向上具有明显的差异，具有各向异性的特点。制备成半导体薄膜后不同的取向会对薄膜的性质有着巨大的影响，沿着垂直于基底的单链传输的电子传输速度快，复合少，非常适宜用作太阳能电池的吸收层。而平行于基底的层状结构的薄膜有着更平整的表面，较大的方阻，凭借优异的各向异性特点，在光的偏振探测上有很大的应用潜力。所以这些材料制备成薄膜后的取向在很大程度上影响了材料的应用。

传统的薄膜制备方法，如溶液法很难得到高结晶性的晶体，并且由于试剂的使用会产生许多副产物，不符合环保的理念。真空法制备半导体薄膜是一种过程简单，环保的方法，然而一般的真空法尽管能够得到较好的薄膜，但是无法精确地控制这些材料的取向，并且结晶性、均匀性缺陷特性也有待提高，这对于该类材料的应用有着很大的限制。创新性地研究出如何可控地生长这些准一维结构材料，并且能够保证薄膜具有极好的结晶性，表面均匀无孔洞是很有必要的。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种取向可控的准一维结构材料的薄膜制备方法，其中通过对制备方法关键的工艺参数的改进，采用特定结构的立式蒸发管式炉进行沉积，实现准一维材料薄膜的沉积和取向控制，得到不依赖于基底的取向可控的半导体薄膜，与现有技术相比能够有效解决无法控制准一维材料取向的问题。并且，本发明还可优选5-30Pa的真空度条件，仅需普通真空泵即可达到要求，能够大大节约成本。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种取向可控的准一维结构材料的薄膜制备方法，其特征在于，该制备方法是基于立式蒸发管式炉，该立式蒸发管式炉具有能够加热蒸发源、且能够控制加热温度的加热区，待沉积的基底置于所述蒸发源的正上方，基底上目标的待沉积基底表面保持水平、且直接面向所述蒸发源，并且该立式蒸发管式炉能够从管式炉的上部对沉积腔室进行抽真空处理；

制备方法具体包括以下步骤：

(1)将蒸发源材料及待沉积的基底放置在所述立式蒸发管式炉中；

(2)抽真空处理，使所述立式蒸发管式炉的真空度保持在预设真空度附近波动不超过±1Pa，所述预设真空度不超过30Pa；

(3)加热区开始加热处理，使蒸发源材料蒸发并沉积在基底上，形成薄膜；

在制备过程中，通过控制加热处理的温度，能够使形成的薄膜其取向可控。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)中，所述预设真空度满足5～30Pa。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(1)中，所述准一维结构蒸发源材料为各向异性的半导体材料；优选的，所述蒸发源材料为硫化锑、硒化锑、锑硫硒合金、硫化铋、硒化铋、铋硫硒合金中的任意一种。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(3)中，当所述蒸发源材料为硫化锑、硒化锑或锑硫硒合金时，蒸发源材料的蒸发温度为480℃到580℃；当所述蒸发源材料为硫化铋、硒化铋、铋硫硒合金时，蒸发源材料的蒸发温度为630℃到730℃；

所述加热处理所采用的升温速度为10～20℃/min，所述蒸发源材料在蒸发温度下的保温时间为40s～8min。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(1)中，所述待沉积的基底其目标的待沉积表面为CdS缓冲层薄膜、ZnO缓冲层薄膜、TiO₂缓冲层薄膜、SnO₂缓冲层薄膜和Mo基底自带表面中的任意一种。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(1)中，将所述蒸发源材料放置在所述立式蒸发管式炉中，具体是先将所述蒸发源材料放置在坩埚内，然后再将坩埚放置在所述立式蒸发管式炉的目标位置；优选的，所述坩埚为底部直径为8-15mm的石英坩埚。

作为本发明的进一步优选，所述目标的待沉积基底表面与所述坩埚底部之间的距离在15-25cm之间。

作为本发明的进一步优选，所述蒸发源材料为纯度不低于98％的固体蒸发源材料粉末，在所述步骤(1)中，在将所述待沉积的基底放置在所述立式蒸发管式炉中之前，是先将所述蒸发源材料放置在所述立式蒸发管式炉中，并对所述蒸发源材料进行加热提纯处理，所述加热提纯处理的温度取纯蒸发源材料自身熔点以下20～80℃。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(1)中，所述待沉积的基底的上方还被石墨所覆盖，基底上非目标待沉积的表面直接与所述石墨接触。

作为本发明的进一步优选，所述待沉积的基底为沉积有薄膜太阳能电池N型缓冲层的基底，经过所述步骤(3)沉积得到的薄膜即为太阳能电池吸收层。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明中真空蒸发沉积方法，通过采用立式蒸发管式炉，并通过工艺的调节，可以准确地控制所制得薄膜的取向，既能够制备出垂直于基底的，具有竖直取向[hk1]的薄膜(第3位为阿拉伯数字1，即代表它具有垂直于基底表面的分量)，也能够制备出平行于基底的，具有[hk0]取向的薄膜，对应h、k、l为吸收层材料对应晶面的密勒指数，分别代表晶胞中范德华力方向、范德华力方向和共价键方向对应的密勒指数。该方法不依赖于基底种类，仅仅依靠蒸发工艺的调节便能够在不同基底上得到取向良好可控的薄膜。制备方法简单、新颖、高效，所需原料仅为各类材料粉末，整个过程无多余产物，环保无污染，有效降低成本，具有很好的应用潜力。得到的薄膜具有极好的结晶性，均匀性和可控性，可以作为太阳能电池的吸收层。

本发明考虑到硫化锑、硒化锑、硫化铋等准一维结构材料的特殊结构，设计了一种具有新的结构的真空沉积方式，通过采用立式炉，待沉积的基底置于蒸发源的正上方，且基底上目标的待沉积基底表面保持水平，如此形成垂直设计，能够保证沉积的粒子能够垂直于基底和蒸发源表面；并且，通过优选控制蒸发源和基底之间的距离(使目标的待沉积基底表面与盛放蒸发源材料的坩埚底部之间的距离优选控制为15-25cm)，有足够的空间，保证材料分子能充分混合得到均匀的薄膜，且缺陷浓度低；利用不同的蒸发温度来控制蒸发源的温度，同时可优选调整蒸发源和基底的距离间接调整基底的温度加以配合，能够进一步确保所得薄膜的取向控制效果。

本发明中取向可控的半导体薄膜的制备不依赖于基底，由于沉积得到的准一维结构材料薄膜为P型，本发明沉积所采用的基底可以是现有技术中薄膜太阳能电池N型缓冲层材料，这样利用本发明制备方法制得的薄膜可以直接用作太阳能电池吸收层。例如，本发明可使用带有N型缓冲层材料的基底作为待沉积的基底(如带有CdS缓冲层薄膜、ZnO缓冲层薄膜、TiO₂缓冲层薄膜或SnO₂缓冲层薄膜的导电基底，此时，待沉积的基底其目标的待沉积表面为CdS缓冲层薄膜、ZnO缓冲层薄膜、TiO₂缓冲层薄膜或SnO₂缓冲层薄膜)，利用本发明制备方法得到取向可控的准一维结构材料薄膜后，即可对应得到PN结，作为薄膜太阳能电池吸收层；当然，也可以采用不带N型缓冲层的基底作为待沉积的基底(如直接使用不带任何缓冲层的Mo基底，此时待沉积的基底其目标的待沉积表面为Mo基底自带表面)，利用本发明制备方法得到取向可控的准一维结构材料薄膜得到P型材料薄膜后，可继续在该薄膜上沉积N型缓冲层材料，得到PN结，作为薄膜太阳能电池吸收层。

具体说来，本发明具有以下特点：

(1)本发明首次提出了利用垂直管式蒸发的结构，成功实现了准一维结构的半导体薄膜的取向调控，调节方法简单可靠。本发明通过采用特定结构的立式蒸发管式炉，通过将薄膜沉积过程中的真空度保持在某一稳定值，蒸发温度控制在一定温度范围，能够得到取向可控的高质量的半导体薄膜。

(2)本发明采用真空法，无毒无副产物；本发明尤其可采用5-30Pa的真空度，仅需普通真空泵即可达到要求，节约了成本。而真空度保持稳定、波动不超过±1Pa，也有利于提高沉积薄膜的均匀性。

(3)本发明所制备的薄膜具有极好的结晶性，表面晶粒平整，无孔洞，并且可以得到上下贯穿的晶粒，有利于减少晶界缺陷。

(4)本发明所制备的薄膜具有良好的光电特性，均可应用于太阳能电池，光电探测器等光电转换器件。

(5)本发明具有一定的普适性，能够在分别在硫化镉，氧化锌，氧化钛常规缓冲层基底上得到有择优取向的薄膜。例如，当衬底表面为CdS、沉积温度(即蒸发源材料的蒸发温度)为480℃时，能够得到[hk0]取向的硫化锑薄膜；当衬底表面为ZnO、沉积温度为540℃时，能够得到[hk1]取向的硫化锑薄膜；当衬底表面为TiO₂、沉积温度为520℃时，能够得到[hk1]取向的硒化锑薄膜。

(6)本发明制备过程简单，可以得到不同厚度、取向和种类的半导体薄膜。

(7)本发明在研发过程中基于物理气相沉淀的方式，克服了已有沉积方法中薄膜的均匀性，沉淀速率，高结晶性，可控性不可兼得的缺点，创新性的提出面对面垂直蒸发沉积的方式，通过优化沉积的压强和温度实现了准一维结构材料薄膜取向可控沉积的同时也保证其均匀性和高结晶性。

附图说明

图1为沉积方式的结构示意图。

图2为在硫化镉基底上不同温度沉积的硫化锑薄膜的XRD衍射图。

图3为在硫化镉基底上540℃沉积的硫化锑薄膜的SEM表面形貌图。

图4为在硫化镉基底上540℃沉积的硫化锑薄膜的SEM截面形貌图。

图5为在氧化锌和氧化钛基底上540℃沉积的硫化锑薄膜的XRD衍射图，其中，图5中的(a)对应氧化锌，图5中的(b)对应氧化钛。

图6为ITO/CdS/Sb₂S₂/Au太阳能电池器件的J-V图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

以下以待沉积的基底为已沉积有薄膜太阳能电池N型缓冲层的基底为例，本发明制备方法包括以下步骤：

1)设置如图1所示的蒸发管式炉。

2)沉积半导体薄膜所需基底的制备。例如，可在衬底上沉积CdS薄膜、ZnO薄膜、TiO₂薄膜等常见的薄膜太阳能电池N型缓冲层，得到待沉积的基底。

3)称取0.2g-0.3g材料粉末用50目筛子筛细后作为蒸发源放入坩埚中，轻轻摇晃，使粉末平铺在坩埚底部，然后将蒸发源放入管式炉加热区域中间。坩埚可以为8-15mm直径的石英坩埚。蒸发源为各向异性的准一维材料，如，硫化锑(Sb₂S₃)、硒化锑(Sb₂Se₃)、锑硫硒合金(Sb₂(S_xSe_1-x)₃)、硫化铋(Bi₂S₃)、硒化铋(Bi₂Se₃)、铋硫硒合金(Bi₂(S_xSe_1-x)₃)材料的任意一种。

4)将基底放入管式炉中，用法兰和波纹管连接管式炉出气口和机械泵，机械泵打开后利用减压阀控制压强在5-30Pa某一稳定值(波动不超过±1Pa即可视为稳定)。基底面朝下放置，并且背面用3cm厚石墨覆盖，坩埚开口向上，和基底呈垂直状态。基底和坩埚底部之间的距离在15-25cm之间

5)设定工作程序，关上炉盖，启动程序开始沉积薄膜。

6)沉积程序完成后立即打开炉盖，自然冷却到室温后取出薄膜。所制备的薄膜可以用于太阳能电池器件的吸收层。

整个管式炉设计为垂直结构(即立式)，整个管式炉为垂直水平面结构，沉积腔室可以为一竖直放置的石英玻璃管，周围可利用电阻丝进行加热，玻璃管中间有一支架(如，不锈钢支架)用以放置蒸发源和基底。

本发明中，盛放固体粉末源的材料经过各种筛选，尝试了石英、陶瓷、不锈钢、石墨材料，最终优选地使用了石英材料，其耐热、稳定、杂质少，能使沉积效果达到最优。

实施例1:不同硫化锑吸收层的取向调制

(1)将ITO导电玻璃切成5cm×5cm大小，分别使用清洁剂，异丙醇和无水乙醇依次超声清洗30min，再用氮气吹干备用。

(2)基底的制备：采用化学水浴法在洗好的ITO上沉积硫化镉，厚度约为50nm。具体地将220mL去离子水，30mL 0.05mol/L的硫酸镉溶液和39.3mL浓度为25％的氨水倒入烧杯中，在67℃条件下恒温搅拌3分钟后，将15mL浓度为1.5mol/L的硫脲倒入，同时放入ITO导电玻璃，恒温反应16分钟。反应完后取出，用氮气吹干即可得到硫化镉基底。

(3)蒸发源的称取：称取0.2g纯度为98％的硫化锑粉末，用50目的筛子筛细后平铺在底部直径为12mm的石英坩埚中，坩埚利用不锈钢架子放在石英管加热区中间。

(4)粉末的提纯：设定加热程序，以16℃/min升到500℃，不放基底空蒸，提纯一次。程序完成后打开盖子自然冷却至室温。

(5)薄膜的制备：如图1所示，将基底切成2.5×5cm大小，放在距离坩埚21cm处的上方，有硫化镉的一面朝下，并且用3cm厚的石墨盖住基底背面。用法兰和波纹管连接管式炉的出口和机械泵，机械泵打开以后利用减压阀保持压强在30Pa。设定加热程序，以16℃/min分别升温到480℃，500℃，520℃，540℃后保温3min。反应完成后立刻打开管式炉的盖子，自然降温，制备出四个不同沉积温度的薄膜样品。

(6)等到温度降到50℃左右，关闭机械泵，打开放气阀，取出样品。

具体的示意图参考图1。将样品取出，进行X射线衍射测试和SEM测试。

请参考图1，图1为本发明新型沉积方式所采用的蒸发管式炉的结构示意图。

请参考图2，图2为在硫化镉基底上制备的不同蒸发温度下的硫化锑薄膜的X射线衍射图。所得图样均与硫化锑标准卡片(PDF-1393)相符合。经过对比，随着蒸发温度的升高，薄膜的取向发生了明显的变化，由一开始的以[hk0]为主的取向逐渐向[hk1]取向转变，最后全部变为[hk1](晶向的密勒指数表示中的第3位由阿拉伯数字0变成了阿拉伯数字1)，得到具有极好择优取向的薄膜。该结果说明本发明可以利用改变蒸发温度来控制准一维结构材料的取向，从而充分发挥准一维结构材料的优势。

请参考图3，图3为沉积温度为540℃得到的薄膜的SEM表面图。该薄膜具有极好的结晶性，晶粒尺寸大(约1μm)，棱角分明，表面均匀无孔，十分适宜用作光伏等光电转换器件的吸收层。

请参考图4，图4为沉积温度为540℃时得到的薄膜的SEM截面图，厚度约为1.7μm，随着沉积时间的改变，可以得到不同厚度的薄膜。

实施例2：直立硫化铋吸收层取向调制

(1)将ITO导电玻璃切成5cm×5cm大小，分别使用清洁剂，异丙醇和无水乙醇依次超声清洗30min，再用氮气吹干备用。

(2)基底的制备：该步骤与实施例1中的步骤(2)相同。

(3)蒸发源的选取:称量0.2g纯度为98％硫化铋粉末，用50目的筛子筛细后平铺在底部直径为12mm的石英坩埚中，坩埚利用不锈钢架子放在石英管加热区中间。

(4)粉末的提纯：设定加热程序，以16℃/min升到630℃放基底空蒸，提纯一次。程序完成后打开盖子自然冷却至室温。

(5)薄膜的制备：如图1所示，将基底切成2.5×5cm大小，放在距离坩埚21cm处的正上方，有硫化镉的一面朝下，并且用3cm厚的石墨盖住基底背面。用法兰和波纹管连接管式炉的出口和机械泵，机械泵打开以后利用减压阀保持压强在20Pa。设定加热程序，以16℃/min从室温升温到660℃后保温3min。反应完成后立刻打开管式炉的盖子，自然降温，制备出硫化铋薄膜样品。

(6)等温度降到50℃左右，关闭机械泵，打开放气阀，取出样品。

因为硫化铋的熔沸点要高于硫化锑，所以沉积温度要比沉积硫化锑时温度高。调控其取向的实际温度在630℃-730℃。

实施例3氧化锌和氧化钛基底上硫化锑缓冲层的制备

(1)将ITO导电玻璃切成5cm×5cm大小，分别使用清洁剂，异丙醇和无水乙醇依次超声清洗30min，再用氮气吹干备用。

(2)不同基底的制备：氧化钛缓冲层采用喷涂热解的方法在ITO上制备。具体地将异丙醇钛和乙醇按照9:1的体积比配好，搅拌反应12-24h，在450℃条件下喷涂到ITO上，然后在520℃下退火30min，得到氧化钛薄膜。

氧化锌采用旋涂法在ITO上制备。具体地，将1.5克乙酸锌，20毫升乙二醇甲醚和450微升乙醇胺混合，在60℃下搅拌7-10h。最后旋涂到ITO玻璃上，并且用80℃加热7min，320℃退火12min，得到氧化锌薄膜。

(3)蒸发源的选取：该步骤与实施例1中步骤(3)相同。

(4)粉末的提纯：该步骤与实施例1中步骤(4)相同。

(5)薄膜的制备：如图1所示，将基底切成2.5×5cm大小，放在距离坩埚21cm处的上方，有氧化锌的一面朝下，并且用3cm厚的石墨盖住基底背面。用法兰和波纹管连接管式炉的出口和机械泵，机械泵打开以后利用减压阀保持压强在5Pa。设定加热程序，以16℃/min升温到540℃后保温3min。反应完成后立刻打开管式炉的盖子，自然降温，制备出硫化锑薄膜样品。用同样的方法在氧化钛上制备出硫化锑薄膜。

请参考图5，对氧化锌和氧化钛两种基底上制备出的薄膜进行XRD测试。两种基底在沉积温度为540℃时得到的薄膜都是以[hk1]取向为主，与硫化镉基底类似。

实施例4：铋硫硒合金吸收层的制备

(1)将ITO导电玻璃切成5cm×5cm大小，分别使用清洁剂，异丙醇和无水乙醇依次超声清洗30min，再用氮气吹干备用。

(2)基底的制备：采用化学水浴法在洗好的ITO上沉积硫化镉，厚度约为50nm。该步骤与实施例1中的步骤(2)相同。

(3)蒸发源的称取：称取0.2g纯度为98％的硫化铋粉末和0.05g的硒化铋粉末，先混合均匀再用50目的筛子筛细后平铺在底部直径为12mm的石英坩埚中，坩埚利用不锈钢架子放在石英管加热区中间。

(4)粉末的提纯：设定加热程序，以16℃/min升到630℃，不放基底空蒸，提纯一次。程序完成后打开盖子自然冷却至室温。

(5)薄膜的制备：如图1所示，将基底切成2.5×5cm大小，放在距离坩埚21cm处的上方，有硫化镉的一面朝下，并且用3cm厚的石墨盖住基底背面。用法兰和波纹管连接管式炉的出口和机械泵，机械泵打开以后利用减压阀保持压强在30Pa。设定加热程序，以18℃/min升温到分别升到620℃，640℃，660℃，680℃后保温5min。反应完成后立刻打开管式炉的盖子，自然降温，制备出不同取向的铋硫硒合金薄膜样品。

(6)等温度自然冷却到50℃左右，关闭机械泵，打开放气阀，取出样品。

实施例5基于硫化锑吸收层的太阳能电池器件

(1)将ITO切成尺寸为5cm×5cm大小，分别使用清洁剂，异丙醇和无水乙醇依次超声清洗30min，再用氮气吹干备用。

(2)基底的制备：采用化学水浴法在洗好的ITO上沉积硫化镉，厚度约为50nm。具体地与实施例1步骤(2)相同

(3)蒸发源的称取：称取0.2g纯度为98％的硫化锑粉末，用50目的筛子筛细后平铺在底部直径为12mm的石英坩埚中，坩埚利用不锈钢架子放在石英管加热区中间。

(4)粉末的提纯：该步骤与实施例1中步骤(4)相同。

(5)薄膜的制备：如图1所示，将基底切成2.5×5cm大小，放在距离坩埚21cm处的上方，有硫化镉的一面朝下，并且用3cm厚的石墨盖住基底背面。用法兰和波纹管连接管式炉的出口和机械泵，机械泵打开以后利用减压阀保持压强在20Pa。设定加热程序，以16℃/min升温到540℃后保温3min。反应完成后立刻打开管式炉的盖子，自然降温。

(6)等到温度降到50℃左右，关闭机械泵，打开放气阀，取出样品。

(7)将上述步骤制得的ITO/CdS/Sb₂S₃样品蒸镀上一层100nm厚的金电极，进行效率测试，所得结果如图6所示，该方法制备的器件能够正常工作，转换效率可以达到3.36％，并且没有“S”形曲线，说明缓冲层与电极间有着良好的背接触。

上述实施例中，薄膜的制备步骤，即步骤(5)，均是采用预先沉积有其他材料的基底；根据实际需要，也可以直接采用不预先沉积其他材料的基底(例如，直接采用ITO基底)，当然根据实际需求的不同，也可以采用预先沉积其他不同材料的基底。除上述实施例中所采用的纯度为98％的蒸发源材料固体粉末外，本发明当然也可以采用其他纯度不低于98％的原材料；当纯度偏低时，相似的，可在正式制备成膜之前按正常条件空蒸提纯一次。

本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种取向可控的准一维结构材料的薄膜制备方法，其特征在于，该制备方法是基于立式蒸发管式炉，该立式蒸发管式炉具有能够加热蒸发源、且能够控制加热温度的加热区，待沉积的基底置于所述蒸发源的正上方，基底上目标的待沉积基底表面保持水平、且直接面向所述蒸发源，并且该立式蒸发管式炉能够从管式炉的上部对沉积腔室进行抽真空处理；

制备方法具体包括以下步骤：

(1)将蒸发源材料及待沉积的基底放置在所述立式蒸发管式炉中；

(2)抽真空处理，使所述立式蒸发管式炉的真空度保持在预设真空度附近波动不超过±1Pa，所述预设真空度不超过30Pa；

(3)加热区开始加热处理，使蒸发源材料蒸发并沉积在基底上，形成薄膜；

在制备过程中，通过控制加热处理的温度，能够使形成的薄膜其取向可控。

2.如权利要求1所述取向可控的准一维结构材料的薄膜制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述预设真空度满足5～30Pa。

3.如权利要求1所述取向可控的准一维结构材料的薄膜制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述准一维结构蒸发源材料为各向异性的半导体材料；优选的，所述蒸发源材料为硫化锑、硒化锑、锑硫硒合金、硫化铋、硒化铋、铋硫硒合金中的任意一种。

4.如权利要求3所述取向可控的准一维结构材料的薄膜制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，当所述蒸发源材料为硫化锑、硒化锑或锑硫硒合金时，蒸发源材料的蒸发温度为480℃到580℃；当所述蒸发源材料为硫化铋、硒化铋、铋硫硒合金时，蒸发源材料的蒸发温度为630℃到730℃；

所述加热处理所采用的升温速度为10～20℃/min，所述蒸发源材料在蒸发温度下的保温时间为40s～8min。

5.如权利要求1所述取向可控的准一维结构材料的薄膜制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述待沉积的基底其目标的待沉积表面为CdS缓冲层薄膜、ZnO缓冲层薄膜、TiO₂缓冲层薄膜、SnO₂缓冲层薄膜和Mo基底自带表面中的任意一种。

6.如权利要求1所述取向可控的准一维结构材料的薄膜制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，将所述蒸发源材料放置在所述立式蒸发管式炉中，具体是先将所述蒸发源材料放置在坩埚内，然后再将坩埚放置在所述立式蒸发管式炉的目标位置；优选的，所述坩埚为底部直径为8-15mm的石英坩埚。

7.如权利要求6所述取向可控的准一维结构材料的薄膜制备方法，其特征在于，所述目标的待沉积基底表面与所述坩埚底部之间的距离在15-25cm之间。

8.如权利要求1所述取向可控的准一维结构材料的薄膜制备方法，其特征在于，所述蒸发源材料为纯度不低于98％的固体蒸发源材料粉末，在所述步骤(1)中，在将所述待沉积的基底放置在所述立式蒸发管式炉中之前，是先将所述蒸发源材料放置在所述立式蒸发管式炉中，并对所述蒸发源材料进行加热提纯处理，所述加热提纯处理的温度取纯蒸发源材料自身熔点以下20～80℃。

9.如权利要求1所述取向可控的准一维结构材料的薄膜制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述待沉积的基底的上方还被石墨所覆盖，基底上非目标待沉积的表面直接与所述石墨接触。

10.如权利要求1所述取向可控的准一维结构材料的薄膜制备方法，其特征在于，所述待沉积的基底为沉积有薄膜太阳能电池N型缓冲层的基底，经过所述步骤(3)沉积得到的薄膜即为太阳能电池吸收层。

Images