La摻雜對(duì)CdS薄膜性能的影響
采用化學(xué)水浴法在玻璃襯底上制備了純CdS薄膜和稀土La摻雜的CdS薄膜,在氮?dú)鈿夥罩袑?duì)薄膜進(jìn)行熱處理。結(jié)果表明,未摻雜樣品為立方閃鋅礦CdS,La摻雜后衍射強(qiáng)峰仍為立方閃鋅礦(111)晶向,但出現(xiàn)了微弱的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu),而且增強(qiáng)了短波光和近紅外光的透過(guò)率,禁帶寬度明顯減小,同時(shí)La的摻入促進(jìn)S元素百分含量的增加,使Cd/S更接近化學(xué)計(jì)量比。
關(guān)鍵詞： CdS薄膜;稀土La摻雜;化學(xué)水浴法;光學(xué)特性
基金項(xiàng)目: 內(nèi)蒙古高�？萍柬�(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào):NJ09006)資助課題
CdS 是II- IV 族直接帶隙化合物半導(dǎo)體材料, 禁帶寬度約為2. 42 eV。CdS 具有優(yōu)良的光電性能,廣泛用于傳感器、光探測(cè)器、激光材料、光波導(dǎo)器件和非線性集成光學(xué)器件等領(lǐng)域, 同時(shí)CdS 具有很高的透光率和較大的電導(dǎo)率, 常被用于CdS/ CdTe 和CdS/CuInSe2 太陽(yáng)電池的窗口層和緩沖層。目前,CdS 薄膜的制備方法很多, 如化學(xué)水浴法、化學(xué)氣相沉積法、溶膠-凝膠法、真空蒸發(fā)法、濺射法等, 由于化學(xué)水浴法設(shè)備簡(jiǎn)單、條件容易控制, 且其制備方便、廉價(jià)和適合大規(guī)模生產(chǎn)等特點(diǎn), 成為制備薄膜及其硫族金屬化合物的首選方法。
目前, 實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)厚度小于100 nm 的CdS 薄膜可以增強(qiáng)短波光的透過(guò)率, 但太薄的CdS 會(huì)出現(xiàn)針狀微孔導(dǎo)致吸收層與導(dǎo)電玻璃直接接觸, 從而影響電池的穩(wěn)定性。稀土元素具有特異的電子結(jié)構(gòu)、豐富的電子能級(jí), 有研究表明, 摻雜適量的稀土元素可以改善半導(dǎo)體材料的性能 , 因此希望通過(guò)摻雜稀土元素使CdS 薄膜厚度適中而不影響其透過(guò)率。采用稀土硝酸鹽作為摻雜源, 使用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)配比, 通過(guò)化學(xué)水浴法制備La 摻雜的CdS 薄膜, 并對(duì)其進(jìn)行X 射線衍射、X 射線光電子能譜和紫外可見(jiàn)光吸收測(cè)試, 分析摻入稀土元素La 對(duì)CdS 薄膜光學(xué)及其它性能的影響。
采用化學(xué)水浴法在玻璃襯底上制備摻La 的CdS 薄膜, 經(jīng)350 度 , 40 min 熱處理, 薄膜衍射強(qiáng)峰仍為立方閃鋅礦( 111) 晶向, 摻La 后并沒(méi)有改變其物相結(jié)構(gòu)和擇優(yōu)取向, 但衍射峰強(qiáng)度降低且出現(xiàn)了微弱的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。同時(shí)摻雜使薄膜的晶格常數(shù)增加, 晶粒尺寸減小。La 的摻入減小了薄膜的光學(xué)帶隙, 增強(qiáng)了短波和近紅外波段的透過(guò)率, 使S 元素的百分含量增加, 薄膜中Cd 與S 的比更接近化學(xué)計(jì)量比。
參考文獻(xiàn)：
[1]Das S K,Morris G C.Preparation and Properties of Electrode-posited Indium Tin Oxide/SnO2/CdTe and Indium Tin Ox-ide/SnO2/CdS CdTe Solar Cells[J].J Appl Phys,1993,73(2):782-786
[2]何智兵,韓高榮.CdS薄膜的光學(xué)及其電學(xué)性能的研究[J].真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào),2004,24(2):125-132
[3]Aramoto T,Kumazawa S,Higachi H,et al.16%EfficientThin-Film CdS/CdTe Solar Cells[J].J Appl Phys,1997,36(10):6304-6305
[4]李蓉萍,李琦.摻Sb-CdTe薄膜的結(jié)構(gòu)及其光學(xué)特性研究[J].真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào),2002,22(6):474-476
[5]陳海燕,楊曉玲,羅庇榮,等.CdS及其稀土摻雜納米帶的制備與發(fā)光性質(zhì)的研究[J].功能材料,2010,41(1):115-117
[6]董海成,李蓉萍,李忠賢,等.真空蒸發(fā)制備稀土Dy摻雜CdTe薄膜及其特性研究[J].真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào),2010,30(6):588-592
[7]侯娟,鄭毓峰,董有忠,等.Er3+注入CdTe薄膜的結(jié)構(gòu)和光電性能研究[J].物理學(xué)報(bào),2006,55(12):6684-6690
[8]劉高斌,郭江,馮慶,等.硫化鎘薄膜的XPS研究[J].光電子技術(shù),2002,22(3):141-144
[9]Chu Ting L,Chu Shirley S.Thin FilmⅡ-ⅥPhotovoltaics[J].Solid-State Electron,1995,38(3):533-549
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