[发明专利]一种制备致密硫化镉薄膜的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜制备技术领域，具体涉及一种制备致密硫化镉薄膜的装置及方法。

背景技术

硫化物薄膜因在太阳能电池、太阳能光热转化(如太阳能吸收层)、建筑物玻璃窗的辐射选择过滤层、有机高分子材料的电导薄膜等方面的潜在应用受到了广泛的关注。另外，CdS是一种重要的太阳能电池材料，作为CdTe或CIGS表面太阳能电池的缓冲层，可以改善CdTe/CdS/TCO或CIGS/CdS/TCO之间的界面状态，保护吸收层CdTe或CIGS薄膜，对电池效率的提高起决定性作用。由于CdS是直接、中间带隙的光电材料，间隙能带为2.4eV左右，其吸收系数较高为104-105cm，所以主要作为薄膜太阳能电池的窗口材料。目前，制备CdS纳米膜的方法主要有物理方法和化学方法。物理方法包括分子束外延法、溅射法、真空蒸发法、金属有机物化学气相沉积法等，这些方法存在的主要问题是设备昂贵，需要高纯的原材料，一般需要高温或高真空的实验条件。而化学方法中的化学水浴沉积法高效、低成本、适合大面积成产而被广泛应用。化学水浴法中产生的硫化镉为络合物附着在衬底上，因此制备均匀致密的硫化镉十分重要。

超声波具有频率高，功率大，能量大，定向性好的特点，超声波的机械作用可促成固体的分散。超声波振子由超声波换能器和超声波变幅杆组成，其中超声波换能器能将超声波发声器发出的高频电能转化为振动的机械能装置，超声波变幅杆是无源器件，其本身不产生振动，但是将超声波换能器输入的振动改变振幅后再传递出去，完成阻抗变换。超声波在液体中传播时，使得液体，振子，清洗槽在一定频率下一起振动，由于超声波在清洗液中疏密相间向前辐射，使得液体流动产生微小气泡，存在于液体中的微小气泡在声场作用下振动，这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成，生长，而在正压区，当声压达到一定值时，气泡迅速增大，然后突然闭合。并在气泡闭合时产生冲击波，在其周围产生上千的大气压，破坏不溶性污物而使他们分散于溶液中，当团体粒子被油污裹着而黏附在样品表面时，油污被乳化，固体粒子脱离，从而达到净化的目的。

磁力搅拌器利用了磁场的同性相吸，异性相斥的原理，使用磁场推动放置在容器中的磁子进行圆周运转，从而达到封闭式搅拌液体的目的，配合加热温度控制系统，可以根据具体的实验要求加热并控制样本反应温度，反应速率，保证液体混合达到实验需求。相较传统搅拌器，反应物混合更为均匀，温度更为均匀，反应速度大大提高，而且可以在封闭条件下搅拌，防止毒气，有污染气体或异味泻出，更为安全可靠。

在现有的化学水浴法制备硫化镉薄膜的方法中，磁力搅拌器便于反应物在密封状态下混合均匀搅拌，但是磁力的搅动幅度较大，频率过低，无法将样品上的大颗粒和污物除去，造成样品结果较差。

发明内容

本发明目的是：提供一种制备致密硫化镉薄膜的装置及方法，不仅操作简单，成品质量高，成本低，稳定性高，而且既能够实现对化学水浴法中反应溶液的均匀充分搅拌，又能够减少大颗粒和团簇的附着，有助生长均匀致密的大尺寸硫化镉薄膜。

本发明的技术方案是：一种制备致密硫化镉薄膜的装置，包括自上而下依次设置的:

水箱，所述水箱内部装有水和反应容器，所述反应容器内装有至少一块衬底、反应溶液和磁子，同时在所述水箱底部设置至少一个超声波振子或在所述水箱内部设有超声波振板；

磁力搅拌器，设于所述水箱底部，并控制所述反应溶液温度和所述磁子转速；

以及超声波发生器，位于磁力搅拌器下方。

作为优选的技术方案，在所述反应容器上设有漏斗和pH温度计。

作为优选的技术方案，所述衬底水平或垂直放置于所述反应容器内。

作为优选的技术方案，所述装置的长度为10-20cm，宽度为10-20cm，高度为30-50cm。

一种制备致密硫化镉薄膜的方法，包括以下步骤：

步骤1）：将至少一块衬底水平或垂直放置于反应容器中；

步骤2）：向反应容器内注入含有镉盐、氨水和去离子水的反应溶液后，将反应容器密封，同时所述反应容器内放有磁子，所述反应容器上设有一个漏斗和一个pH温度计；