[发明专利]一种硫化镉薄膜的制备方法

说明书

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n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层均采用化学水浴法，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℃。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：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。

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。

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。

附图说明

图1为本发明实施例1所制得的CdS薄膜的XRD衍射图；

图2为本发明实施例1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1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；