[发明专利]CdS薄膜的制备方法

说明书

所属领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种CdS薄膜的制备方法。

背景技术

CdS薄膜是典型的Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料，其禁带宽度约为2.42eV，因此具有很优异的物理性质。CdS薄膜主要应用在太阳电池领域。CdS薄膜作为这些电池的窗口层，其制备质量直接影响到最终电池的光电转换效率。 

目前，常用的CdS薄膜的制备方法为CBD法（化学水浴法）。现有技术中的做法是：首先将反应液置于反应槽中，然后衬底竖直插入反应液中并固定，用搅拌棒搅拌溶液，在衬底表面沉积一层CdS薄膜，然后超声处理。

CBD法具有设备简单、成本低廉、容易生长相对均匀致密的CdS薄膜等优点。因此成为大规模生产CdS薄膜的首选。

但是，现有的CdS薄膜法制备大面积的CdS薄膜时，在含有氨水存在的溶液中用搅拌棒搅拌的过程中，搅拌极易在水溶液中产生气泡，并附着在ITO导电玻璃上，在生成镉的络合物阶段，附着气泡的位置会没有络合物沉积，就会导致后续沉积CdS时产生孔洞，这些孔洞会使CdS薄膜的性能下降。

发明内容

本发明的目的在于提供大面积制备出均匀、致密、并能够减少孔洞的产生的CdS薄膜的制备方法。

本发明的具体技术方案如下：

一种CdS薄膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）清洗ITO玻璃衬底；

（2）配置反应液；

（3）将反应液置于反应槽中，然后将清洗后的ITO玻璃衬底竖直插入反应液中并固定，搅拌、升温反应液并振动反应槽或者敲打反应槽外壁，然后加入硫脲或者硫代硫酸钠，搅拌反应液并继续振动反应槽或者敲打反应槽外壁，沉积薄膜；

（4）待薄膜沉积好后，将ITO玻璃衬底取出置于去离子水中进行超声清洗，然后进行烘干，得到CdS薄膜。

步骤（1）中ITO玻璃衬底的清洗步骤如下：先依次用丙酮、乙醇、去离子水各超声清洗ITO玻璃衬底15-20分钟；然后用HCl和H₂O₂的混合溶液超声清洗10-15min；再用去离子水超声清洗10-20分钟。

所述混合溶液中HCl的质量分数为7-10%，H₂O₂的质量分数为4-5%。

步骤（2）中配置反应液的具体步骤如下：先将可溶性镉盐溶解在去离子水中配置成物质量浓度为0.001~0.02mol/L的镉盐溶液，然后加入与镉盐同酸根的铵盐，铵盐的物质量浓度为0.01~0.1 mol/L；再次加入NH₃·H₂O调节溶液pH值至10-11，得到反应液。

所述可溶性镉盐选自乙酸镉、氯化镉、碘化镉、硝酸镉、硫酸镉中的一种。

步骤（3）中升温至80℃-90℃，振动反应槽或者敲打反应槽外壁，然后加入硫脲或者硫代硫酸钠，加入的硫脲或者硫代硫酸钠的物质量浓度为0.001-0.01 mol/L。

步骤（3）中每隔3min振动反应槽或者敲打反应槽外壁30-60s。

步骤（4）中的烘干是在卤钨灯下烘烤5-10min。

步骤（3）中反应槽放置在磁力搅拌器上。

本发明制备CdS薄膜时对镉盐、同酸根的铵盐、硫脲的加入顺序进行了优化；在升温过程中先在ITO玻璃衬底上沉积镉的络合物，再在温度达到某一特定值时加入硫源（硫脲或者硫代硫酸钠）。这样的目的是为了有效的促进异质成核，避免在升温阶段同质成核的现象出现。本发明在ITO玻璃衬底上沉积镉的络合物时，由于NH₃·H₂O的存在，不断搅拌反应液会使ITO玻璃衬底上极易附着气泡。如果这些气泡不被及时驱走，镉的络合物沉积在ITO衬底上就会不均匀，进而影响后面CdS薄膜制备的均匀性和致密性。本发明在此过程中振动反应槽或者敲打反应槽外壁，及时驱赶走附着在ITO上的气泡。加入硫脲或者硫代硫酸钠后，也要振动反应槽或者敲打反应槽外壁，其目的有两个，一是将气泡驱赶走，沉积出均匀的CdS薄膜；二是将同质成核形成的大颗粒CdS团簇通过震动的方法变小。实践证明，采用本发明所述方法生成的CdS薄膜表面形貌得到了改善，且均匀性也明显提高，可以得到大面积的生长均匀、致密的CdS薄膜。

附图说明

图1为实施例1制备的CdS薄膜表面500倍的显微镜放大图；

图2为实施例1制备的CdS薄膜表面1000倍的显微镜放大图；