Pr掺杂CdS薄膜的制备及其光电性能研究-论文.pdf

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1、第35卷第4期稀土Vol_35．No．42014年8月ChineseRareEa~hsAugust2014Pr掺杂CdS薄膜的制备及其光电性能研究邹凯，李蓉萍，刘永生。，田磊，冯松(1．内蒙古大学物理科学与技术学院，内蒙古呼和浩特010021；2．内蒙古自治区高等学校半导体光伏技术重点实验室，内蒙古呼和浩特010021)摘要：结合化学水浴法和真空电子束热蒸发法在玻璃衬底上制备了含有不同厚度Pr掺杂层的CdS多晶薄膜，并对薄膜的结构、表面形貌和光电特性进行了研究。结果表明，未掺杂的CdS薄膜为沿[11

2、1]晶向择优生长的立方相闪锌矿结构，导电类型为N型。Pr掺杂并未改变CdS薄膜的物相结构和择优取向，但衍射峰强度增加；掺Pr后CdS薄膜的晶粒尺寸增大，致密性提高，并且薄膜在可见光范围内的透过率增加，光学带隙变大。同时还发现CdS中掺Pr后影响了薄膜的电学性能，掺杂浓度较低时CdS薄膜电阻率增大，掺杂浓度较高时薄膜的电阻率降低并且导电类型由N型转变为P型。关键词：CdS薄膜；Pr掺杂；化学水浴法；光学特性中图分类号：0472；0484．4文献标识码：A文章编号：1004-0277(2014)04-0

3、062-05CdS是化学性能稳定的宽禁带半导体材料。由Ga)Se太阳电池整体性能的措施之一，改善电池顶于其在可见光范围内具有较高的透光性，因而在薄层材料CdS薄膜的光电性能成为人们关注的重点。膜太阳能电池中常常作为n型窗口层和缓冲层材近期有研究表明适当的稀土元素掺杂可以有效改善料，与P型CdTe、Cu(In、Ga)Se等形成异质结太阳半导体材料的性能]，并且Chen和Tianl4分电池J-2J。同时CdS还具有优异的光电转换和发光别报道了采用真空蒸发法和化学水浴法制备稀土掺性能，在红外探测、发光二极

4、管、传感器和光电显示杂CdS，他们的研究表明稀土掺杂不仅影响了CdS器件等领域也具有广泛的应用-4j。CdS多晶薄膜的晶体结构、表面形貌，还改善了CdS的发光特性的制备方法也有很多种，例如近空间升华法(CSS)、和光学透过率。因此我们在化学水浴法的基础上．溅射法、电沉积法、溶胶一凝胶法和化学水浴法两次沉积CdS，并利用电子束蒸发法在两层CdS薄(CBD)等。其中化学水浴法容易生长均匀致密的膜中沉积一层稀土元素，对CdS薄膜进行Pr掺杂，CdS薄膜，并且设备简单、成本低、适合大规模生产，研究其结构、光

5、学和电学性能。希望制备出具有良因此成为最有发展前景的方法。目前高效率的好质量且光电性能优异的CdS多晶薄膜，为提高Cu(In、Ga)Se、CdTe太阳能电池都是在化学水浴法CdTe、Cu(In、Ga)Se太阳电池性能探索新的途径。沉积的CdS多晶薄膜上制备而成。1买验方法CdS作为重要的n型窗口层和缓冲层材料，其掺杂浓度一般要求达到10埔cm左右’；在实际应1．1CdS薄膜样品的制备用中，CdS薄膜的表面形貌，结晶状况、电阻率以及两层CdS薄膜均采用化学水浴法制备。实验在可见光范围内的光透过特性也是

6、衡量其性能优劣以二氯化镉为镉源，硫脲为硫源，[cd(NH)]“为的重要因素。因此作为进一步提高CdTe、Cu(In、镉前驱体，缓冲剂为NHC1，反应在氨水溶液中进收稿日期：2o13-o4．11基金项目：内蒙占自治区教育厅项目(NJ09006)作者简介：邹凯(1988一)，男，陕西西安人，硕士研究生，主要从事半导体薄膜材料研究。通讯联系人第4期邹凯等：Pr掺杂CdS薄膜的制备及其光电性能研究63行。反应过程中水浴温度控制在7O℃，溶液pH值4000约为1O，第一次反应时间为25rain，第二次反应时间

7、为20min。第一次反应完成后将沉积有CdS薄膜&3000的衬底从反应溶液中取出，用去离子水进行超声清2000洗，去掉薄膜表面的絮状沉淀物，然后用高纯氮气烘干备用。稀土掺杂层的沉积则采用电子束蒸发，将l000块状Pr单质(99．5％)放入蒸发室的坩埚中，同时将O4060沉积有CdS的衬底放人蒸发室内，然后对蒸发室抽2e／。真空，当蒸发室真空度达到6．0×10Pa以上时开图1纯CdS和含有7nmPr掺杂层CdS薄膜的XRD图谱始进行Pr掺杂层的蒸镀。蒸镀时用两台石英膜厚Fig．1XRDpatterns

8、ofpureCdSand7nnlPrd叩edCdSfilms监控仪在线监控Pr的蒸发速率及厚度。通过Pr掺根据x射线衍射谱，样品的平均晶粒尺寸可以杂层厚度来控制Pr的掺杂量，沉积厚度分别为由谢乐公式计算：4nm、7nm和11Hill。沉积完成后从真空室中取出DK入衬底，利用化学水浴法再沉积一层CdS，并对样品进—bco—s0行超声清洗和烘干处理。最后将制备好的CdS薄式中，K=0．89；为x射线的入射光波长．b表示衍射膜样品置于自动控温扩散炉中，在N：保护下进行热峰的