专利名称：一种硫化镉薄膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种硫化镉薄膜制备方法。
背景技术：
硫化镉(CdS)是一种II - VI直接带隙半导体，带隙宽度约2. 42eV,在太阳电池领域有广泛的应用。多晶CdS薄膜可以作为Cu (In，Ga) Se2薄膜太阳电池的缓冲层，以及CdTe薄膜太阳电池的η型窗口层。CdS薄膜的质量直接影响太阳电池的光电转换效率。CdS薄膜的沉积方法众多，但是目前最高效率的Cu (In, Ga) Se2薄膜太阳电池与CdTe薄膜太阳电池的CdS层均米用化学水浴法，即CBD法(chemical bath deposition)制备。CBD法工艺简单、成本低廉、原材料易于获得并且适合大面积生产而受到广泛关注。具有适宜带隙宽度的CdS薄膜有利于提高太阳电池的效率。目前的CBD法制备CdS薄膜其反应溶液基本上采用氨水-硫脲体系。通常以含镉化合物中的醋酸镉、硫酸镉、氯化镉与碘化镉中的一种作为镉源；以铵盐中的醋酸铵、硫酸铵、氯化铵与碘化铵中的一种作为缓冲剂源；以硫脲作为硫源；以氨水作为PH值调节剂和络合剂，将上述四类原料溶解于去离子水中配制成一定浓度的反应溶液。采用CBD法在氨水-硫脲体系中以镉源、缓冲剂源、硫源和氨水配制成反应溶液制备CdS薄膜时通常通过改变镉离子浓度、硫离子浓度、氨水浓度或者反应温度来调节CdS薄膜的带隙宽度。文献(Physica B, 2010，405，4360-4365)中Q. Q. Liu等以醋酸镉、醋酸铵、氨水和硫脲作为原料配制成反应溶液，将分别经过丙酮、乙醇和去离子水清洗并且烘干的玻璃衬底置于反应溶液中进行薄膜沉积，水浴温度控制在80°C。通过改变反应溶液中的氨水浓度，使得制备的CdS薄膜带隙宽度在2. 23eV-2. 77eV变化。采用化学水浴法制备CdS薄膜通常改变镉离子浓度、硫离子浓度、氨水浓度或者反应温度来调节CdS薄膜的带隙宽度。现有技术在沉积CdS薄膜时，通过调节镉离子浓度、硫离子浓度、氨水浓度、反应温度等参数可以来调节薄膜带隙宽度。然而改变其中任何一个参数都会影响薄膜生长速率，要获得相同厚度的CdS薄膜的带隙宽度随上述参数变化的规律时需要进行大量的实验。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的硫化镉(CdS)薄膜制备方法。本发明在配制反应溶液时向溶液中添加Triton X-100,通过控制反应溶液中Triton X-100的重量百分比，从而达到调节CdS薄膜带隙宽度的目的。本发明不需要改变镉离子浓度、硫离子浓度、氨水浓度或者反应温度，仅通过向溶液中添加Triton X-100，通过改变溶液中Triton X-100的重量百分比即可实现对CdS薄膜带隙宽度进行调节的目的，简化了实验程序。本发明硫化镉薄膜制备方法包括如下步骤a、清洗衬底将衬底依次在丙酮、甲醇、去离子水中超声清洗，烘干备用；b、配制反应溶液JfTriton X-100、含镉化合物、铵盐、硫脲，以及氨水溶解于去离子水中，配制成反应溶液。所述的反应溶液中，各组分重量百分比为Triton X-100O.1%-12%,含镉化合物O. 05%,铵盐O. 08%,硫脲O. 08%,氨水4%，其余为去离子水。所述的含镉化合物为醋酸镉或者硫酸镉或者氯化镉中的一种。所述的铵盐为醋酸铵或者硫酸铵或者氯化铵中的一种。C、沉积薄膜将装有步骤b配制的反应溶液的容器放入水浴设备中，升温至500C -90°C，在所述的反应溶液中放入衬底，开始沉积薄膜；沉积时间为l_120min。d、清洗样品取出衬底，用去离子水反复冲洗，再将衬底经超声清洗以除去表面吸附的硫化镉颗粒。至此，完成所述硫化镉(CdS)薄膜的制备过程。本发明在反应溶液中添加Triton X-100,采用不同重量百分比的Triton X-100反·应溶液所沉积的CdS薄膜具有不同的带隙宽度。通过控制反应溶液中Triton X-100的重量百分比即可达到对CdS薄膜带隙宽度进行调节的目的。
图I为本发明实施例I所制得的CdS薄膜的XRD衍射图；图2为本发明实施例I所制得的CdS薄膜的表面扫描电子显微镜图；图3为本发明实施例I所制得的CdS薄膜的带隙宽度图；图4为本发明实施例2所制得的CdS薄膜的带隙宽度图；图5为本发明实施例3所制得的CdS薄膜的带隙宽度图；图6为本发明实施例4所制得的CdS薄膜的带隙宽度图；图7为本发明实施例5所制得的CdS薄膜的带隙宽度图；图8为本发明实施例6所制得的CdS薄膜的带隙宽度图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明。实施例I将玻璃衬底依次在丙酮、甲醇、去离子水中超声清洗，烘干备用。称量Tritonx-100、醋酸镉、醋酸铵、硫脲和氨水，配制反应溶液。反应溶液中各组分重量百分比为Triton X-1000. 1%，醋酸镉0. 05%,醋酸铵0. 08%,硫脲0. 08%,氨水4%，其余为去离子水。将装有反应溶液的容器置于水浴温度70°C的水浴设备中。将清洗干净的玻璃衬底竖直放入装有反应溶液的容器中，开始沉积薄膜，沉积时间为20min。沉积结束后，取出衬底，用去离子水和超声清洗除去衬底表面吸附的CdS颗粒。本实施例所制得的CdS薄膜带宽度为2. 7eV。图I为本实施例所制得的CdS薄膜的XRD图，从图I中可以看出所制得的薄膜具有较强的H(002)/C(Ill)衍射峰，说明薄膜结晶良好，并且无其它杂质相存在。图2为本实施例所制得的CdS薄膜的表面扫描电子显微镜图，所制得的CdS薄膜表面无明显孔洞、裂纹和吸附物。图3为本发明实施例I所制得的CdS薄膜的带隙宽度图。本实施例所制得的CdS薄膜带隙宽度为2. 7eV。实施例2将玻璃衬底依次在丙酮、甲醇、去离子水中超声清洗，烘干备用。称量Tritonx-100、醋酸镉、醋酸铵、硫脲和氨水，配制反应溶液。反应溶液中各组分重量百分比为Triton X-1001%,醋酸镉O. 05%,醋酸铵O. 08%,硫脲O. 08%,氨水4%，其余为去离子水。将装有反应溶液的容器置于水浴温度70°C的水浴设备中。将清洗干净的玻璃衬底竖直放入装有反应溶液的容器中，开始沉积薄膜，沉积时间为20min。沉积结束后，取出衬底，用去离子水和超声清洗除去衬底表面吸附的CdS颗粒。图4为本发明实施例2所制得的CdS薄膜的带隙宽度图。本实施例所制得的CdS薄膜带宽度为2. 6eV。实施例3将玻璃衬底依次在丙酮、甲醇、去离子水中超声清洗，烘干备用。称量Tritonx-100、醋酸镉、醋酸铵、硫脲和氨水，配制反应溶液。反应溶液中各组分重量百分比为Triton X-10012%,醋酸镉O. 05%,醋酸铵O. 08%,硫脲O. 08%,氨水4%，其余为去离子水。将 装有反应溶液的容器置于水浴温度70°C的水浴设备中。将清洗干净的玻璃衬底竖直放入装有反应溶液的容器中，开始沉积薄膜，沉积时间为20min。沉积结束后，取出衬底，用去离子水和超声清洗除去衬底表面吸附的CdS颗粒。图5为本发明实施例3所制得的CdS薄膜的带隙宽度图。本实施例所制得的CdS薄膜带宽度为2. 4eV。实施例4将玻璃衬底依次在丙酮、甲醇、去离子水中超声清洗，烘干备用。称量Tritonx-100、硫酸镉、硫酸铵、硫脲和氨水，配制反应溶液。反应溶液中各组分重量百分比为Triton X-10010%,硫酸镉0. 05%,硫酸铵0. 08%,硫脲0. 08%,氨水4%，其余为去离子水。将装有反应溶液的容器置于水浴温度90°C的水浴设备中。将清洗干净的玻璃衬底竖直放入装有反应溶液的容器中，开始沉积薄膜，沉积时间为lmin。沉积结束后，取出衬底，用去离子水和超声清洗除去衬底表面吸附的CdS颗粒。图6为本发明实施例4所制得的CdS薄膜的带隙宽度图。本实施例所制得的CdS薄膜带宽度为2. 32eV。实施例5将玻璃衬底依次在丙酮、甲醇、去离子水中超声清洗，烘干备用。称量Tritonx-100、氯化镉、氯化铵、硫脲和氨水，配制反应溶液。反应溶液中各组分重量百分比为Triton X-10012%,氯化镉0. 05%,氯化铵0. 08%,硫脲0. 08%,氨水4%，其余为去离子水。将装有反应溶液的容器置于水浴温度50°C的水浴设备中。将清洗干净的玻璃衬底竖直放入装有反应溶液的容器中，开始沉积薄膜，沉积时间为120min。沉积结束后，取出衬底，用去离子水和超声清洗除去衬底表面吸附的CdS颗粒。图7为本发明实施例5所制得的CdS薄膜的带隙宽度图。本实施例所制得的CdS薄膜带宽度为2. 2eV。实施例6将玻璃衬底依次在丙酮、甲醇、去离子水中超声清洗，烘干备用。称量Tritonx-100、硫酸镉、硫酸铵、硫脲和氨水，配制反应溶液。反应溶液中各组分重量百分比为Triton X-1002. 5%，硫酸镉0. 05%,硫酸铵0. 08%,硫脲0. 08%,氨水4%，其余为去离子水。将装有反应溶液的容器置于水浴温度80°C的水浴设备中。将清洗干净的玻璃衬底竖直放入装有反应溶液的容器中，开始沉积薄膜，沉积时间为120min。沉积结束后，取出衬底，用去离子水和超声清洗除去衬底表面吸附的CdS颗粒。图8为本发明实施例6所制得的CdS薄膜的带 隙宽度图。本实施例所制得的CdS薄膜带宽度为2. 9eV。
权利要求
1.一种硫化镉薄膜的制备方法，其特征在于所述的制备方法为向反应溶液中添加Triton X-100,通过控制Triton X-100在反应溶液中的重量百分比,调控硫化镉薄膜带隙宽度在2. 2eV-2. 9eV范围内变化。
2.按照权利要求I所述的硫化镉薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法的步骤如下 a、清洗衬底将衬底依次放入丙酮、甲醇、去离子水中超声清洗，烘干备用； b、配制反应溶液^fTritonX-100、含镉化合物、铵盐、硫脲，以及氨水溶解于去离子水中，配制成反应溶液；所述的反应溶液中，各组分重量百分比为Triton X-100 O. 1%-12%,含镉化合物O. 05%,铵盐O. 08%,硫脲O. 08%,氨水4%，其余为去离子水； C、沉积薄膜将装有所述步骤b配制的反应溶液的容器放入水浴设备中，升温至500C -90°C，在所述的反应溶液中放入衬底，开始沉积薄膜；沉积时间为l_120min ； d、清洗样品取出衬底，用去离子水反复冲洗，再将衬底用超声清洗以除去表面吸附的硫化镉颗粒； 至此，完成所述硫化镉薄膜的制备过程。
3.按照权利要求I所述的硫化镉薄膜的制备方法，其特征在于所述的含镉化合物为醋Ife铺或者硫Ife铺或者氣化铺中的一种。
4.按照权利要求I所述的硫化镉薄膜的制备方法，其特征在于所述的铵盐为醋酸铵或者硫酸铵或者氯化铵中的一种。
全文摘要
一种硫化镉薄膜的制备方法，其制备步骤如下首先清洗衬底，然后将Triton X-100、含镉化合物、铵盐、硫脲以及氨水溶解于去离子水中，配制成反应溶液。所述的反应溶液中，各组分重量百分比为Triton X-100 0.1%-12%，含镉化合物0.05%，铵盐0.08%，硫脲0.08%，氨水4%，其余为去离子水；将装有所述反应溶液的容器放入水浴设备中，升温至50℃-90℃；在所述的反应溶液中放入衬底，开始沉积薄膜，沉积时间为1-120min；沉积完成后，取出衬底并清洗。本发明通过控制反应溶液中Triton X-100的重量百分比调节硫化镉薄膜带隙宽度。
文档编号C01G11/02GK102936034SQ20121048333
公开日2013年2月20日 申请日期2012年11月23日 优先权日2012年11月23日
发明者彭星煜, 古宏伟, 屈飞, 丁发柱, 张腾, 王洪艳 申请人:中国科学院电工研究所