一种紫外光化学水浴沉积法制备硫化镉薄膜或硫化锌薄膜的方法_2

文档序号:8524353阅读:来源:国知局
可以控制薄膜形状。薄膜厚度也可以用光照时间精确控制。在不外加电场或其它能量及常温常压条件下反应,反应条件温和,制备工艺简单。所述光化学沉积法制备硫化镉薄膜或硫化锌薄膜的方法生产成本低,设备简单,利于制备出均匀且结晶质量较高的硫化镉薄膜或硫化锌薄膜。
【附图说明】
[0029]图1为本发明紫外光化学水浴法制备薄膜的装置示意图。
[0030]图2为实施例2紫外光化学水浴法制备的硫化镉薄膜的SEM图。
[0031]图3为实施例3紫外光化学水浴法制备的硫化镉薄膜的SEM图。
[0032]图4为实施例4紫外光化学水浴法制备的硫化镉薄膜的SEM图。
[0033]图5为实施例5紫外光化学水浴法制备的硫化锌薄膜的SEM图。
[0034]图6为实施例6紫外光化学水浴法制备的硫化锌薄膜的SEM图。
[0035]图7为实施例7紫外光化学水浴法制备的硫化锌薄膜的SEM图。
[0036]图注:111~114为源溶液供应装置的四个相互独立的容器;121_泵;122-溶液混合装置;123_搅拌装置;124-温度传感器;125-pH传感器;131-泵;133-衬底;134_支架;135-紫外光化学反应装置;141_紫外光光源系统;141a-电源控制装置;141b_紫外灯;151-过滤器;152_泵。
【具体实施方式】
[0037]下面结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明,但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明,本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
[0038]实施例1
本发明在制备硫化物薄膜的过程中使用到了一种装置,该装置的结构示意图见图1,包括源溶液供应装置、溶液混合装置122、紫外光化学反应装置135和紫外光光源系统141,所述源溶液供应装置包括四个相互独立的容器111、112、113、114,分别通过管道与溶液混合装置122连通,所述溶液混合装置122的出液口通过管道与紫外光化学反应装置135的进液口连通,所述紫外光化学反应装置135的出液口再通过回流管道与溶液混合装置122的进液口连通,所述紫外光化学反应装置135内设有放置衬底133的支架134,所述紫外光光源系统141在紫外光化学反应装置135上方。
[0039]更具体地,所述源溶液供应装置的四个容器111~114和溶液混合装置122之间均通过管道连通,每个管道上均设有蠕动泵121。所述溶液混合装置122内设有搅拌装置123,将源溶液供应装置输入的四种溶液充分混匀。所述溶液混合装置122中还设有温度传感器124和pH传感器125,用于监控溶液混合装置122中的溶液性质。所述与紫外光化学反应装置135进液口连接的管道上设有蠕动131,与出液口连接的回流管道上设有蠕动泵153和过滤器151。所述紫外光光源系统141由电源控制装置141a和一组相互平行且功率可调的紫外灯141b组成,所述紫外灯141b为波长185nm和254nm的低压汞灯。
[0040]实施例2
利用实施例1所述装置制备硫化镉薄膜。衬底选用普通玻璃,依次经丙酮、乙醇和去离子水浸泡、超声波清洗,用压缩空气吹干待用。
[0041]S1.将浓度为 2.0X 10_3mol/L 的 CdSO4溶液、L OX 10 Λιο?/L 的 EDTA 溶液、0.1mol/L的Na2S2O3溶液和5%的稀H2SO4溶液分别盛放于源溶液供应装置的四个相互独立的容器中,打开婦动泵使四种源溶液分别按照0.5L/min、0.5L/min、0.5L/min、0.05L/min的流量输入溶液混合装置中,设定搅拌机的转速为100rpm,使四种溶液充分混合;同时,观察pH值传感器的示数,及时调节稀H2SO4溶液(5%)的流量,使溶液混合装置中混合溶液的pH值保持为3.5。
[0042]S2.将混合溶液通过蠕动泵缓慢输入紫外光化学反应装置中,将普通玻璃衬底(约1cmXlOcm)浸渍于该溶液中,调节紫外光化学反应装置进液管和出液管上的蠕动泵,确保液面与衬底之间的距离保持在4_。
[0043]S3将254nm波长的汞灯组功率设为200mW/cm2,用汞灯组产生的均匀的平行光照射玻璃衬底,照射时间为40min,实验全程在室温条件下进行(约28°C ),实验过程中反应溶液的温度不超过35°C,获得均匀一致的硫化镉薄膜。
[0044]制备的样品利用SEM观察表面形貌,结果见图2。结果表明,薄膜表面致密,无明显的孔洞,晶粒大小均匀,呈明显的柱状生长。
[0045]实施例3
利用实施例1所述装置制备硫化镉薄膜。衬底选用涂覆有CZTS吸收层的玻璃,依次经丙酮、乙醇和去离子水浸泡、超声波清洗,用压缩空气吹干待用。
[0046]S1.将浓度为 3.5X l(T3mol/L 的 CdSO4溶液、1.0 X 10 Λιο?/L 的 EDTA 溶液、0.15mol/L的Na2S2CV^液和5%的稀H2SO4S液分别盛放于源溶液供应装置的四个相互独立的容器中,打开蠕动泵使四种源溶液分别按照0.5L/min、0.5L/min、0.5L/min、0.05L/min的流量输入溶液混合装置中,设定搅拌机的转速为100rpm,使四种溶液充分混合;同时,观察PH值传感器的示数,及时调节稀H2SO4溶液的流量,使溶液混合装置中混合溶液的pH值保持为4。
[0047]S2.将混合溶液通过蠕动泵缓慢输入紫外光化学反应装置中,将普通玻璃衬底(约1cmXlOcm)浸渍于该溶液中,调节紫外光化学反应装置进液管和出液管上的蠕动泵,确保液面与衬底之间的距离保持在5_。
[0048]S3将254nm波长的汞灯组功率设为250mW/cm2,用汞灯组产生的均匀的平行光照射玻璃衬底,照射时间为35min,实验全程在室温条件下进行(约28°C ),实验过程中反应溶液的温度不超过35°C,获得均匀一致的硫化镉薄膜。
[0049]制备的样品利用SEM观察表面形貌,结果见图3。结果表明,薄膜表面致密,晶粒大小均匀,相比于实施例2,晶粒尺寸稍有减小。
[0050]实施例4
利用实施例1所述装置制备硫化镉薄膜。衬底选用涂覆有CZTSSe吸收层的玻璃,依次经丙酮、乙醇和去离子水浸泡、超声波清洗,用压缩空气吹干待用。
[0051]S1.将浓度为 4.0X 10_3mol/L 的 CdSO4溶液、1.0X 10 Λιο?/L 的 EDTA 溶液、0.12mol/L的Na2S2CV^液和5%的稀H2SO4S液分别盛放于源溶液供应装置的四个相互独立的容器中,打开蠕动泵使四种源溶液分别按照0.5L/min、0.5L/min、0.5L/min、0.05L/min的流量输入溶液混合装置中,设定搅拌机的转速为100rpm,使四种溶液充分混合;同时,观察PH值传感器的示数,及时调节稀H2SO4溶液的流量,使溶液混合装置中混合溶液的pH值保持为4.5。
[0052]S2.将混合溶液通过蠕动泵缓慢输入紫外光化学反应装置中,将普通玻璃衬底(约1cmXlOcm)浸渍于该溶液中,调节紫外光化学反应装置进液管和出液管上的蠕动泵,确保液面与衬底之间的距离保持在2_。
[0053]S3将254nm波长的汞灯组功率设为300mW/cm2,用汞灯组产生的均匀的平行光照射玻璃衬底,照射时间为30min,实验全程在室温条件下进行(约28°C),实验过程中反应溶液的温度不超过35°C,获得均匀一致的硫化镉薄膜。
[0054]制备的样品利用SEM观察表面形貌,结果见图4。结果表明,薄膜表面致密,晶粒大小均匀,与实施例3无明显差别。
[0055]实施例5
利用实施例1所述装置制备硫化锌薄膜。衬底选用普通玻璃,依次经丙酮、乙醇和去离子水浸泡、超声波清洗,用压缩空气吹干待用。
[0056]S1.将浓度为 4.5X l(T3mol/L 的 ZnSO4溶液、1.0 X 10 Λιο?/L 的 EDTA 溶液、0.18mo I/L的Na2S2CV^液和5%的稀H2SO4S液分别盛放于源溶液供应装置的四个相互独立的容器中,打开蠕动泵使四种源溶液分别按照0.5L/min、0.5L/min、0.5L/min、0.05L/min的流量输入溶液混合装置中,设定搅拌机的转速为100rpm,使四种溶液充分混合;同时,观察PH值传感器的示数,及时调节稀H2SO4溶液的流量,使溶液混合装置中混合溶液的pH值保持为5.0。
[0057]S2.将混合溶液通过蠕动泵缓慢输入紫外光化学反应装置中,将普通玻璃衬底(约1cmXlOcm)浸渍于该溶液中,调节紫外光化学反应装置进液管和出液管上的蠕动泵,确保液面与衬底之间的距离保持在3_。
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