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1、第24卷第8期半导体学报Vol.24,No.82003年8月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSAug.,20033CdS薄膜的制备及其性能黎兵冯良桓郑家贵蔡亚平蔡伟李卫武莉莉(四川大学材料科学与工程学院,成都610064)摘要:采用化学池沉积(CBD)法,在三种衬底(玻片、ITO玻片、SnO2玻片)上沉积CdS薄膜,并利用扫描电镜(SEM)、透射光谱、X射线衍射(XRD)和微电流高阻计等方法对沉积膜进行了测试分析,计算出CdS薄膜的能隙宽度和电导激活能,阐述了CBD法中CdS
2、薄膜的生长沉积机制以及不同衬底对沉积效果的影响.结果表明:不同衬底的成膜效果差异较大,其中以SnO2玻片效果最佳.关键词:CdS薄膜;化学池沉积(CBD)法;太阳电池PACC:7360F;7280E;7340L+中图分类号:TN304125文献标识码:A文章编号:025324177(2003)0820837204过提高搅拌子的转速来充分地搅拌反应溶液,有助1引言于CdS的均匀沉积.CdS薄膜在异质结太阳电池中是一种很重要的2实验n型窗口材料,它的制备可以通过真空镀膜、分子束2.1原理外延、高温热喷涂及
3、化学沉积等方法来实现.我们实-29验的目的在于,采用工艺较简单的化学池沉积由于CdS的溶度积(Ksp=114×10)很小,若(CBD)法,考虑不同的衬底对CdS沉积效果的影让Cd2+和S2-直接反应,极易生成沉淀(Cd2++S2-响,从而选出最好的透明导电膜,沉积出均匀、密实→CdS↓),膜厚难以控制,且膜的性质难以保证,因的CdS薄膜作为窗口材料;再经过相关的性能测试此,设法控制Cd2+、S2-的分解生成,是本实验成败后,最终研制出高性能、高效率的CdS/CdTe/ZnTe的关键.我们让Cd2+以络
4、合物[Cd(NH3)2+4]的形式太阳电池.我们注意到,迄今为止已报道的CdS薄2+2-存在,起到了缓释Cd的作用;S则由硫脲膜大多沉积在玻片衬底上,只是各自采用的工艺方[(NH2)2CS]分解提供.另外,为了使成膜溶液的pH[1～5]法不同,致使CdS薄膜的性质稍有差异.为此,值保持在适于沉积的9～10之间,我们在反应溶液我们采用CBD法,在三种衬底(玻片、ITO玻片、中加入了适量缓冲剂(NH4Cl).整个CBD法制备SnO2玻片)上沉积CdS薄膜.另外,之前报道的CdS薄膜的具体反应式如下:CBD
5、法在玻片上制备CdS薄膜,均采用上悬式的搅+-NH3+H2O→NH4+OH拌方法,而我们创新性地采用搅拌子下旋式的搅拌2+2+Cd+4NH3→Cd(NH3)4方法,既可以更好地控制反应温度,又能够更好地搅--(NH2)2CS+OH→CH2N2+H2O+HS拌反应溶液.因为上旋式的搅拌方法,是直接转动衬--2-底架,转动的速度不能太快,容易形成衬底(沉积面)HS+OH→S+H2O2+2-与溶液的相对静止.而下旋式的搅拌方法,则可以通Cd(NH3)4+S→CdS↓+4NH3↑3国家自然科学基金(批准号:5
6、0076030)、国家高技术研究发展计划(No.2001AA513010)、国家重点基础研究发展规划(No.G2000028208)资助项目黎兵男,1970年出生,讲师,博士研究生,研究方向为薄膜材料与器件.2002207227收到,2003202225定稿c○2003中国电子学会838半导体学报24卷2.2.4测试2.2方法对3种衬底上的CdS膜采用XRD进行结构测2.2.1衬底试;采用SEM进行表面形貌测试;采用透射光谱法分别采用ITO玻片、玻片、SnO2玻片三种衬底对玻片上沉积的CdS膜进行光透
7、过率测试,并算出沉积CdS薄膜.这三种衬底表面的粗糙程度依次增CdS的能隙值;用ZC36型微电流高阻计测量玻片加,晶面取向的单一性依次增强.所有衬底均经过去上沉积的CdS膜的电阻,测光电导时用卤钨灯作光油污、去离子水漂洗和超声振荡等步骤完成清洗过2源,光强为100mW/cm,电阻2温度关系的测量在真程.空中进行.2.2.2成膜溶液所用药品均为分析纯试剂,采用二次去离子水3结果与讨论配制.其中各成分的浓度为:CdCl201002mol/L,NH3·H2O014mol/L,(NH2)2CS0115mol/
8、L,NH4Cl0102mol/L.为使成膜性好,采用恒温磁力搅拌器,3.1SEM测试将反应温度控制在80℃左右.SEM测试表明在SnO2衬底上沉积的CdS薄2.2.3反应装置膜的颗粒最均匀、密实,其次是普通玻片,ITO最次.反应装置如图1所示.很明显,这与衬底表面的粗糙程度有很大关系.通过肉眼和显微观察,三者表面的粗糙程度以SnO2玻片为高,其次是普通玻片,ITO玻片最次.这种粗糙程度的差异必然导致各自对通过化学反应而生成的CdS的吸附能力的差异,从而使
