专利名称：一种微波水热制备CdS薄膜的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备CdS薄膜的方法，具体涉及一种微波水热制备CdS薄膜的方法。
背景技术：
硫化镉(CdS)晶体是一种较典型的II-VI族压电半导体材料，CdS薄膜在异质结太 阳电池中是一种重要的n型窗口材料也是一种半导体光敏材料，具有较大的带隙宽度(约 2. 45ev)。因其具有特殊的光学、电学性质，已被广泛应用于各种发光器件、光伏器件、光学 探测器以及光敏传感器等领域。作为一种非常有前途的半导体材料，硫化镉引起了全世界 范围的研究兴趣。 目前所报道的制备CdS光学薄膜的制备方法主要有溅射法 [J. N. Ximello-Quiebras， C. Mejia-Garcia， A. Caballero-Rosas， H. Herndndez-Contreras， G. Contreras—Puente. Photomodulation study inCdS thin films grown by ., sputtering"n a large area. Thin Solid Films431-432 (2003) 223-225]和金属有机 化学气相沉禾只法[Hiroshi Uda， HideoYonezawa, Yoshikazu Ohtsubo， Manabu Kosaka and Hajimu Sonomura. ThinCdS films prepared by metalorganic chemical vapor exposition. Solar Energy Materials and Solar Cells 75 (2003) 219-226]，另外还有真 空蒸镀、气氛蒸镀、分子束外延、高温热喷涂以及化学沉积等方法。但是这些方法要么对设 备要求高，设备仪器比较昂贵，配套设施以及所需原材料也昂贵无比；要么原料的利用率很 小；要么工艺复杂，制备周期长。为了达到实用化的目的，必须开发生产成本低的CdS光电 薄膜制备工艺。
发明内容
本发明的目的是提出一种微波水热制备CdS薄膜的方法，按本发明的制备方法能
够制备出致密均匀、且高纯度的CdS光电薄膜。 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是 1)将分析纯的CdCl2 'h20溶解于蒸馏水中，配制成CcT浓度为0. Olmol/L-2. 0mo1/ L的透明溶液，所得溶液记为A ; 2)向A溶液中加入分析纯的Na2S2S03 51120或SC (NH2) 2，使得溶液中Cd2+/S2S032—或
cd27 : sc(nh2)2的摩尔浓度为i : o. 5-5，所得溶液记为b ; 3)向b溶液中加入分析纯的乙二胺四乙酸或聚乙烯基吡咯烷酮，使乙二胺四乙酸 或聚乙烯基吡咯烷酮的浓度为0. 0025mol/L-0. 025mol/L，然后调节溶液的pH值为2. 0 6. 9，搅拌形成均匀溶胶，记为C，作为镀膜液备用； 4)清洗基片将基片分别在水中和无水乙醇中各超声波震荡10分钟，将质量浓度 为70%的硝酸和质量浓度为30%的双氧水按1 : 1的体积比混合后将基片浸泡在混合液 中活化处理10分钟；
5)将C溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在50-80% ;然后将已经活化处理后 的基片放置在水热釜中，浸于镀膜液体中；密封水热反应釜，将其放入MDS-6型温压双控微 波水热反应仪中；选择温控模式或者压控模式进行反应，所述温控模式的水热温度控制在 80-18(TC，压控模式的水热压力控制在0. 5MPa-4. OMPa，反应时间控制在10min-60min，反 应结束后自然冷却到室温；6)打开水热反应釜，取出基片，分别用蒸馏水和无水乙醇清洗后，放入12(TC的真
空干燥箱内干燥后即在基板表面获得CdS光电薄膜。 本发明的基片为载玻片、ITO玻璃、Si基板或A1203玻璃。 由于本发明的反应在液相中一次完成，制得的CdS薄膜纯度高，均一性好，薄膜与 基板结合牢固，并且不受基板形状和尺寸的限制，还可以通过控制微波水热温度和压力来 控制薄膜微晶尺寸大小，不需要后期的晶化热处理，从而避免了薄膜在热处理过程中可能 导致的巻曲、干裂、晶粒粗化以及薄膜与基板或气氛反应等缺陷。且工艺设备简单，所得膜 纯度较高，晶粒生长可控，因此具有广阔的发展前景。且本发明工艺简单，操作方便，原料易 得，可以降低制膜成本，并可大面积制膜。
图1为实例1所制备的CdS薄膜的X-射线衍射(XRD)图谱。
图2为实例2所制备的CdS薄膜的X-射线衍射(XRD)图谱。
具体实施例方式
实施例1 :1)将分析纯的一水氯化镉(CdCl2 *H20)加入到去离子水中，制成CcT浓 度为0. 05mol/L的透明溶液，所得溶液记为A ; 2)向A溶液中加入分析纯的五水硫代硫酸钠(Na2S2S03 5H20)，使得溶液中Cd2+/ S2S0/一的摩尔浓度比为1 : l，所得溶液记为B; 3)向B溶液中加入分析纯的EDTA(乙二胺四乙酸)，使得乙二胺四乙酸的浓度比 为0. 0025mol/L，然后调节溶液的pH值为2. 0 6. 9，搅拌形成均匀溶胶，记为C，作为镀膜 液备用； 4)清洗基片将载玻片分别在水中和无水乙醇中各超声波震荡10分钟，将质量浓 度为70%的硝酸和质量浓度为30%的双氧水按1 : 1的体积比混合后将基片浸泡在混合 液中活化处理10分钟； 5)将上述制备的C溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在60% ;然后将已经活 化处理后的基片放置在水热釜中，浸于镀膜液体中；密封水热反应釜，将其放入MDS-6型 温压双控微波水热反应仪中；选择温控模式进行反应，所述的温控模式的水热温度控制在 12(TC，反应时间控制在10min，反应结束后自然冷却到室温； 6)打开水热反应釜，取出基片，分别用蒸馏水和无水乙醇清洗后，放入12(TC的真 空干燥箱内干燥后即在基板表面获得CdS光电薄膜。 将所得的CdS薄膜用日本理学D/maX2000PCX-射线衍射仪分析样品，发现产物为 JCPDS编号为43-0985的CdS晶体(图1)，同时还可看出，薄膜沿(110)晶面和(021)晶面 取向生长严重，符合薄膜的生长机理。
实施例2 :1)将分析纯的一水氯化镉(CdCl2 *H20)加入到去离子水中，制成CcT浓 度为0. lmol/L的透明溶液，所得溶液记为A ; 2)向A溶液中加入分析纯的硫脲(SC (NH2) 2)，使得溶液中Cd2+/ : SC (NH2) 2的摩尔 浓度比为1 : 2，所得溶液记为B; 3)向B溶液中加入分析纯的聚乙烯基吡咯烷酮，使得聚乙烯基吡咯烷酮的浓度为 0. 005mol/L，然后调节溶液的pH值为2. 0 6. 9，搅拌形成均匀溶胶，记为C，作为镀膜液备 用； 4)清洗基片将ITO玻璃分别在水中和无水乙醇中各超声波震荡10分钟，将质量 浓度为70%的硝酸和质量浓度为30%的双氧水按1 : 1的体积比混合后将基片浸泡在混 合液中活化处理10分钟； 5)将上述制备的C溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在70% ;然后将已经活 化处理后的基片放置在水热釜中，浸于镀膜液体中；密封水热反应釜，将其放入MDS-6型 温压双控微波水热反应仪中；选择温控模式进行反应，所述的温控模式的水热温度控制在 18(TC，反应时间控制在10min，反应结束后自然冷却到室温； 6)打开水热反应釜，取出基片，分别用蒸馏水和无水乙醇清洗后，放入12(TC的真 空干燥箱内干燥后即在基板表面获得CdS光电薄膜。 将所得的CdS薄膜用日本理学D/maX2000PCX-射线衍射仪分析样品，发现产物为 JCPDS编号为43-0985的CdS晶体(图2)，同时还可看出，薄膜沿(110)晶面取向生长严重。
实施例3 :1)将分析纯的一水氯化镉(CdCl2 *H20)加入到去离子水中，制成CcT浓 度为0. lmol/L的透明溶液，所得溶液记为A ; 2)向A溶液中加入分析纯的五水硫代硫酸钠(Na2S2S03 5H20)，使得溶液中Cd2+/ S2S032-的摩尔浓度比为1 : 4，所得溶液记为B ; 3)向B溶液中加入分析纯的聚乙烯基吡咯烷酮，使得聚乙烯基吡咯烷酮的浓度为 0. 006mol/L，然后调节溶液的pH值为2. 0 6. 9，搅拌形成均匀溶胶，记为C，作为镀膜液备 用； 4)清洗基片将Si基板分别在水中和无水乙醇中各超声波震荡10分钟，将质量 浓度为70%的硝酸和质量浓度为30%的双氧水按1 : 1的体积比混合后将基片浸泡在混 合液中活化处理10分钟； 5)将上述制备的C溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在80% ;然后将已经活 化处理后的基片放置在水热釜中，浸于镀膜液体中；密封水热反应釜，将其放入MDS-6型 温压双控微波水热反应仪中；选择温控模式进行反应，所述的温控模式的水热温度控制在 80°C，反应时间控制在40min，反应结束后自然冷却到室温； 6)打开水热反应釜，取出基片，分别用蒸馏水和无水乙醇清洗后，放入12(TC的真 空干燥箱内干燥后即在基板表面获得CdS光电薄膜。 实施例4 :1)将分析纯的一水氯化镉(CdCl2 *H20)加入到去离子水中，制成CcT浓 度为0. 8mol/L的透明溶液，所得溶液记为A ; 2)向A溶液中加入分析纯的硫脲(SC (NH2) 2)，使得溶液中Cd2+/ : SC (NH2) 2的摩尔 浓度比为1 : 0. 5，所得溶液记为B ; 3)向B溶液中加入分析纯的EDTA(乙二胺四乙酸)，使得乙二胺四乙酸的浓度为0. 01mol/L，然后调节溶液的pH值为2. 0 6. 9，搅拌形成均匀溶胶，记为C，作为镀膜液备 用； 4)清洗基片将八1203玻璃分别在水中和无水乙醇中各超声波震荡IO分钟，将质 量浓度为70%的硝酸和质量浓度为30%的双氧水按1 : 1的体积比混合后将基片浸泡在 混合液中活化处理10分钟； 5)将上述制备的C溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在75 % ;然后将已经活化 处理后的基片放置在水热釜中，浸于镀膜液体中；密封水热反应釜，将其放入MDS-6型温压 双控微波水热反应仪中；选择压控模式进行反应，压控模式的水热压力控制在2MPa，反应 时间控制在60min，反应结束后自然冷却到室温； 6)打开水热反应釜，取出基片，分别用蒸馏水和无水乙醇清洗后，放入12(TC的真 空干燥箱内干燥后即在基板表面获得CdS光电薄膜。 实施例5 :1)将分析纯的一水氯化镉(CdCl2 *H20)加入到去离子水中，制成Cd2+浓 度为1. 3mol/L的透明溶液，所得溶液记为A ; 2)向A溶液中加入分析纯的硫脲(SC (NH2) 2)，使得溶液中Cd2+/ : SC (NH2) 2的摩尔 浓度比为1 : 3，所得溶液记为B; 3)向B溶液中加入分析纯的聚乙烯基吡咯烷酮，使得聚乙烯基吡咯烷酮的浓度为 0. 02mol/L，然后调节溶液的pH值为2. 0 6. 9，搅拌形成均匀溶胶，记为C，作为镀膜液备 用； 4)清洗基片将载玻片分别在水中和无水乙醇中各超声波震荡10分钟，将质量浓 度为70%的硝酸和质量浓度为30%的双氧水按1 : 1的体积比混合后将基片浸泡在混合 液中活化处理10分钟； 5)将上述制备的C溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在65% ;然后将已经活化 处理后的基片放置在水热釜中，浸于镀膜液体中；密封水热反应釜，将其放入MDS-6型温压 双控微波水热反应仪中；选择压控模式进行反应，压控模式的水热压力控制在0. 5MPa，反 应时间控制在50min，反应结束后自然冷却到室温； 6)打开水热反应釜，取出基片，分别用蒸馏水和无水乙醇清洗后，放入12(TC的真 空干燥箱内干燥后即在基板表面获得CdS光电薄膜。 实施例6 :1)将分析纯的一水氯化镉(CdCl2 *H20)加入到去离子水中，制成CcT浓 度为2mol/L的透明溶液，所得溶液记为A ; 2)向A溶液中加入分析纯的五水硫代硫酸钠(Na2S2S03 5H20)，使得溶液中Cd2+/ S2S032—的摩尔浓度比为1 : 5，所得溶液记为B; 3)向B溶液中加入分析纯的EDTA(乙二胺四乙酸)，使得乙二胺四乙酸的浓度为 0. 025mol/L，然后调节溶液的pH值为2. 0 6. 9，搅拌形成均匀溶胶，记为C，作为镀膜液备 用； 4)清洗基片将八1203玻璃分别在水中和无水乙醇中各超声波震荡IO分钟，将质 量浓度为70%的硝酸和质量浓度为30%的双氧水按1 : 1的体积比混合后将基片浸泡在 混合液中活化处理10分钟； 5)将上述制备的C溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在50 % ;然后将已经活化 处理后的基片放置在水热釜中，浸于镀膜液体中；密封水热反应釜，将其放入MDS-6型温压双控微波水热反应仪中；选择压控模式进行反应，压控模式的水热压力控制在4MPa，反应 时间控制在20min，反应结束后自然冷却到室温； 6)打开水热反应釜，取出基片，分别用蒸馏水和无水乙醇清洗后，放入12(TC的真 空干燥箱内干燥后即在基板表面获得CdS光电薄膜。
权利要求
一种微波水热制备CdS薄膜的方法，其特征在于1)将分析纯的CdCl2·H2O溶解于蒸馏水中，配制成Cd2+浓度为0.01mol/L-2.0mol/L的透明溶液，所得溶液记为A；2)向A溶液中加入分析纯的Na2S2SO3·5H2O或SC(NH2)2，使得溶液中Cd2+/S2SO32-或Cd2+/∶SC(NH2)2的摩尔浓度比为1∶0.5-5，所得溶液记为B；3)向B溶液中加入分析纯的乙二胺四乙酸或聚乙烯基吡咯烷酮，使乙二胺四乙酸或聚乙烯基吡咯烷酮的浓度为0.0025mol/L-0.025mol/L，然后调节溶液的pH值为2.0～6.9，搅拌形成均匀溶胶，记为C，作为镀膜液备用；4)清洗基片将基片分别在水中和无水乙醇中各超声波震荡10分钟，将质量浓度为70％的硝酸和质量浓度为30％的双氧水按1∶1的体积比混合后将基片浸泡在混合液中活化处理10分钟；5)将C溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在50-80％；然后将已经活化处理后的基片放置在水热釜中，浸于镀膜液体中；密封水热反应釜，将其放入MDS-6型温压双控微波水热反应仪中；选择温控模式或者压控模式进行反应，所述温控模式的水热温度控制在80-180℃，压控模式的水热压力控制在0.5MPa-4.0MPa，反应时间控制在10min-60min，反应结束后自然冷却到室温；6)打开水热反应釜，取出基片，分别用蒸馏水和无水乙醇清洗后，放入120℃的真空干燥箱内干燥后即在基板表面获得CdS光电薄膜。
2. 根据权利要求1所述的微波水热制备CdS薄膜的方法，其特征在于所述的基片为 载玻片、ITO玻璃、Si基板或A1A玻璃。
全文摘要
一种微波水热制备CdS薄膜的方法，将CdCl2·H2O加入到去离子水中得溶液A；向A溶液中加入Na2S2SO3·5H2O或SC(NH2)2得溶液B；向B溶液中加入乙二胺四乙酸或聚乙烯基吡咯烷酮，得溶液C；将C溶液倒入水热反应釜中，然后基片放置在水热釜中，浸于镀膜液体中；密封水热反应釜，将其放入MDS-6型温压双控微波水热反应仪中，反应结束后自然冷却到室温；打开水热反应釜，取出基片，分别用蒸馏水和无水乙醇清洗后，真空干燥即在基板表面获得CdS光电薄膜。本发明的反应在液相中一次完成，制得的CdS薄膜纯度高，均一性好，薄膜与基板结合牢固，不需要后期的晶化热处理。
文档编号H01L31/0264GK101698963SQ20091021882
公开日2010年4月28日 申请日期2009年10月30日 优先权日2009年10月30日
发明者吴建鹏, 曹丽云, 李嘉胤, 胡宝云, 黄剑锋 申请人:陕西科技大学