不同硫压退火对溅射沉积ZnS薄膜性能的影响

ZnS作为一种宽带隙半导体,以其优异的光电性能近年来受到广泛关注,在太阳能电池、光催化剂以及传感器方面有着广阔的应用前景.本文首先以射频磁控溅射方法沉积了ZnS薄膜,然后在600℃温度和不同硫压下进行退火,通过X射线衍射、扫描电子显微镜、能量散射X射线谱、紫外-可见透射光谱以及慢正电子多普勒展宽谱对ZnS薄膜的晶体结构、表面形貌、晶粒尺寸、成分、透光率以及缺陷进行分析.结果表明:硫气氛后退火能够改善ZnS薄膜结晶性,退火后ZnS薄膜光学带隙为3.43—3.58 eV.当硫压高于0.49 atm(1 atm=1.01×10^(5)Pa)时,ZnS内部硫间隙原子以及表面单质硫降低了薄膜在可见光区的透光率.慢正电子多普勒展宽谱结果还表明,ZnS薄膜的缺陷浓度由表层到内层逐渐降低,薄膜缺陷随着硫压增加而降低.同时,3γ湮没证明了薄膜内部较为致密,硫化会导致薄膜开孔率增加.吸附硫通过内扩散占据了晶体中硫空位缺陷的位置,导致缺陷浓度降低,进而改善了薄膜质量.

La掺杂对化学沉积ZnS薄膜影响的电化学研究

采用化学沉积法在导电玻璃上制备了ZnS及其La掺杂薄膜.用扫描电子显微镜(SEM)对其形貌进行表征,并用CHI660B电化学综合分析测试仪对ZnS和La掺杂ZnS薄膜的沉积过程进行分析.结果表明,化学沉积法制备了致密的、由球状颗粒组成的ZnS薄膜,掺杂La后,由于电负性较低的La在电极表面的吸附,电位负移,沉积速率下降,薄膜颗粒尺寸增大.电化学方法为研究ZnS的化学沉积提供了有效的分析技术.

热处理对电沉积制备ZnS薄膜物相组成及光学性能的影响

采用电沉积方法在氧化铟锡(ITO)导电玻璃上沉积了ZnS薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见光(UV-VIS)分光光度计对薄膜的微结构和光学性能进行了表征,研究了热处理条件对薄膜的相组成和光学性能的影响。结果表明:电沉积制备的ZnS薄膜呈非晶态,并且含有单质Zn。硫化热处理可以改善薄膜的结晶状况,减少杂质Zn的含量。硫气氛中450℃热处理4 h之后,薄膜中单质Zn全部反应生产ZnS,得到了纯的ZnS薄膜。没有经过热处理的薄膜,其可见光透射率在70%左右,热处理后薄膜样品的透射率降低,在硫气氛中热处理4 h的样品,其可见光透射率最低,为50%左右,热处理条件对薄膜样品的禁带宽度值基本没有影响。

不同络合剂对化学水浴法制备ZnS薄膜性能的影响

研究了不同络合剂对化学水浴法制备太阳电池用ZnS薄膜性能的影响。研究指出,在相同的浓度下以EDTA为络合剂时,由于其对锌离子的络合能力最强,无法生成ZnS薄膜,而以肼与柠檬酸钠为络合剂时,成功制备成ZnS薄膜。结果还表明,采用柠檬酸钠为络合剂,在搅拌条件下制备出的ZnS薄膜适用于CIGS太阳电池的过渡层。最后实验利用FE—SEM、XRD、紫外—可见光吸收谱,透射谱和反射谱研究了ZnS薄膜的性能。

空气退火对ZnS薄膜结构和光学特性的影响

采用X射线衍射、扫描电子显微镜和光致发光等技术研究了空气退火对ZnS薄膜的结构和光学特性的影响。薄膜在500℃以下退火后结晶质量得到改善,仍呈ZnS立方相结构。退火温度达到550℃时,薄膜中出现ZnO六方相结构。薄膜退火后,大气中的氧掺入薄膜中,出现ZnS-ZnO复合层。随退火温度升高,薄膜晶粒尺寸增大,透过率增加,带隙逐渐接近ZnO带隙。薄膜光致发光结果表明,复合层内ZnS和ZnO绿色发光的叠加替代了来自ZnS缺陷能级间的绿色发光。

退火温度对电子束蒸发的ZnS薄膜性能的影响

为了获得光电性能好的ZnS窗口层薄膜,采用电子束蒸发法在玻璃基片上沉积ZnS薄膜,研究退火温度（200－500℃）对ZnS薄膜的结构和光电性能的影响。结果表明：所制备的薄膜均为闪锌矿结构的β-ZnS多晶薄膜,导电类型为n型。随着退火温度的增高,薄膜结晶度和光电性能都变好。但是,当退火温度过高（500℃）时,薄膜的半导体特性反而变差。退火温度为400℃时,ZnS薄膜的性能最佳,此时薄膜的透过率较高;电阻率较低,为246.2Ω·cm。

ZnS薄膜脉冲激光沉积及其发光特性

综述了ZnS的发光机制 ,脉冲激光沉积 (PLD)制备薄膜的原理、特点 ,分析了在用PLD制备ZnS过程中各主要沉积条件对成膜质量的影响 ,展望了ZnS薄膜的应用前景。

ZnS薄膜的制备及性能研究

用射频溅射法在Si基片和石英基片上分别制备了490nm厚的ZnS薄膜,并在不同温度下进行退火处理。微结构分析表明：退火后的ZnS薄膜均呈多晶状态,晶体结构为立方闪锌矿结构的β-ZnS；随着退火温度的升高,薄膜的平均晶粒尺寸逐渐增大,由20℃的10．91nm增大到500℃的15．59nm,晶格常数在不同退火温度下均比标准值0．5414nm稍小。应力分析表明：退火后的ZnS薄膜应力减小,400℃时分布较均匀,平均应力为1．481×10^(?)Pa,应力差为1．939×10(?)Pa。且400℃前为张应力,400℃以后转变为压应力。光学分析表明,随着退火温度的升高,ZnS薄膜的透过率增强,吸光度减弱。

化学水浴沉积CIGS太阳电池缓冲层ZnS薄膜的研究

在含有ZnSO4、SC(NH2)2、NH4OH的水溶液中采用CBD法沉积ZnS薄膜,研究了沉积时间、水浴温度、搅拌等工艺条件对沉积薄膜的影响。薄膜的厚度与搅拌的强度有很大关系,表明扩散传质是薄膜生长的控制步骤。XRF和XRD测试表明沉积的薄膜中含有ZnS和Zn(OH)2,SEM测试表明薄膜颗粒大小相近,但不致密。随着沉积时间的增加,薄膜厚度增加,透过率减小。当前采用CBD-ZnS薄膜制备的无镉CIGS太阳电池转换效率达到8.54%。

化学浴沉积法制备ZnS薄膜

太阳能薄膜电池的ZnS缓冲层一般是采用化学浴沉积法制备。制备ZnS缓冲层过程中,采用氨水为主络合剂,水合肼为辅助络合剂,通过添加少量的分散剂丙三醇,调节沉淀团簇的大小,改善ZnS薄膜质量。薄膜结构和表面组织形貌分别采用X射线衍射仪测试和高性能光学显微镜观察。研究结果表明:在优化配方(ZnSO40.007 5 mol/L;SC(NH2)20.007 5 mol/L;氨水0.44 mol/L;水合肼0.3 mol/L)下,反应温度75℃和沉积时间60m in时,得到的缓冲层光亮、平整。XRD衍射分析结果表明缓冲层主要成分为ZnS,存在少量Zn(OH)2。

沉积电位对电沉积ZnS薄膜的影响

采用电沉积方法,在不同沉积电位条件下,在氧化锡铟(ITO)导电玻璃上沉积制备了ZnS薄膜,利用XRD、SEM和UV-VIS测试技术对在不同沉积电位所制备薄膜的晶相结构、表面微观形貌和光学性能进行了表征.研究结果表明:沉积电位在1.5V—1.7V范围内制备的ZnS薄膜呈非晶态,其可见光透过率从60%降低到20%,薄膜的光学带隙约为3.97eV.在沉积电位为2.0V条件下所沉积薄膜为ZnS结晶相和金属Zn混合相,薄膜透过率显著降低.

真空热蒸发制备ZnS薄膜及其特性的研究

用真空热蒸发在不同衬底温度下制备了ZnS薄膜,利用X射线衍射(XRD)、X射线能谱(EDAX)、紫外可见分光光度计(UV-vis)和原子力显微镜(AFM)研究了ZnS薄膜的晶体结构、成分、光学性能和形貌,分析了衬底温度对ZnS薄膜结构与光学特性的影响。结果表明,所制备的ZnS薄膜呈立方闪锌矿结构,衬底温度为300℃所制备的ZnS薄膜原子比(S/Zn)为0.95/1;薄膜表面均匀致密,呈多晶态,晶粒尺寸为18.2nm;在可见区有好的透射性能,光学禁带宽度为3.82eV。

沉积时间对电沉积ZnS薄膜的影响

采用阴极恒电位法在氧化锡铟导电玻璃(ITO)基板上电沉积了ZnS薄膜,用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)和紫外/可见/近红外吸收光谱仪(UV-VIS-NIR)对薄膜的物相结构,微观形貌和光学性能进行了表征,研究了沉积时间对薄膜的结构以及光学性能的影响。研究结果表明:当沉积时间为6min时,可以得到表面均匀而致密的ZnS薄膜,在500～1000nm波长范围内的薄膜透过率约为40%～60%。随着沉积时间的增加,ZnS薄膜的结晶程度、微观形貌均有所改善,但当沉积时间达到或超过8min时,薄膜的结构和性能又有所下降。

衬底温度对PLD法沉积CdS及ZnS薄膜材料的影响

以ITO玻璃为衬底,利用脉冲激光沉积(PLD)法在温度为50、200和400℃下制备了CdS、ZnS薄膜。测量分析了温度对CdS及ZnS薄膜的透射光谱特性、光学带隙、Raman光谱特性等的影响。结果显示,在实验温度范围内:①ZnS薄膜比CdS薄膜透射性能好,光学带隙大;②ZnS薄膜的Raman光谱复杂,Raman特征峰较弱;CdS薄膜的Raman特征峰明显;③随温度升高,CdS与ZnS相比禁带宽度增加明显、Raman特征峰增高变窄。对此现象进行了解释,为利用CdS或ZnS薄膜作为CIGS薄膜太阳电池缓冲层提供了参考。

Cu(In,Ga)Se_2太阳电池缓冲层ZnS薄膜性质及应用

在含有ZnSO4,SC(NH2)2,NH4OH的水溶液中采用CBD法沉积ZnS薄膜,XRF和热处理前后的XRD测试表明,ZnS沉积薄膜为立方相结构,薄膜含有非晶态的Zn(OH)2.光学透射谱测试表明,制备的薄膜透过率(λ>500nm)约为90%,薄膜的禁带宽度约为3·51eV.ZnS薄膜沉积时间对Cu(In,Ga)Se2太阳电池影响显著,当薄膜沉积时间在25～35min时,电池的综合性能最好.对比了不同缓冲层的电池性能,采用CBD-CdS为缓冲层的电池转换效率、填充因子、开路电压稍高于CBD-ZnS为缓冲层的无镉电池,但无镉电池的短路电流密度高于前者,两者转换效率相差2%左右.ZnS可以作为CIGS电池的缓冲层,替代CdS,实现电池的无镉化.

温度对化学水浴法制备ZnS薄膜的影响

采用化学水浴法在玻璃上制备了太阳能电池中的ZnS缓冲层。采用SEM、EDS、XRD和nkd-分光光度计等手段研究了水浴温度对ZnS薄膜的表面形貌、结构和光学性能的影响。结果表明,升高温度不能明显改变薄膜的结晶性、形貌和沉积生长方式,能否成膜与温度的关系也不大,但成膜速率对温度的依赖性较大。随温度的升高,薄膜的透过率先减小后增大,反射率则先增大后减小。对同一试样而言,透过率和反射率对应较好。当温度为70℃时,可制得禁带宽度为3.83eV、符合化学计量比、平整的非晶ZnS薄膜。

化学浴沉积法制备ZnS薄膜的结构及可见-近红外光谱特性研究

采用化学水浴法,以Zn SO4、柠檬酸钠、NH3·H2O、SC(NH2)2为反应物,在玻璃衬底上制备了Zn S薄膜,采用XRD、SEM、分光光度计、台阶仪等手段研究了水浴温度、沉积时间、p H值等条件对Zn S薄膜的晶体结构、表面形貌、光学性能的影响。结果表明,Zn S薄膜经退火后出现明显特征衍射峰,为闪锌矿结构,可见光范围内平均透过率均大于80%。经过工艺优化,在水浴温度为80℃、沉积时间为1 h、p H=10条件下沉积的Zn S薄膜表面均匀致密,可见光范围内平均透过率为89.6%,光学带隙为3.82 e V,适合做铜铟镓硒和铜锌锡硫薄膜太阳电池的缓冲层。

水浴温度对化学水浴法沉积CdS和ZnS薄膜性能的影响

分别采用硫酸镉、硫脲、氨水溶液体系及硫酸锌、硫脲、氨水、联氨溶液体系,以化学水浴法(CBD)制备CdS和ZnS薄膜,研究水浴温度对薄膜沉积过程及性能的影响,分析不同水浴温度下沉积得到的CdS和ZnS薄膜性能的差异。试验表明,随着水浴温度的升高,薄膜的沉积速率增大,致密度变高,薄膜的禁带宽度更接近其理论值。当水浴温度大于70℃时,CdS薄膜的沉积速率远大于ZnS;随着水浴温度的升高,CdS晶粒逐渐变小而ZnS晶粒逐渐变大,CdS薄膜中S/Cd原子比逐渐下降,而ZnS薄膜中S/Zn原子比逐渐升高;ZnS薄膜能够透过更多短波高能光子且禁带宽度大于CdS,有利于提高太阳电池的效率。

衬底温度对电子束蒸发ZnS薄膜结构和光学特性的影响

采用电子束蒸发法在不同衬底温度下,150℃、200℃、250℃和300℃,制备了ZnS薄膜;用X射线衍射仪、原子力显微镜、膜厚仪和紫外-可见光-近红外分光光度计分别表征ZnS薄膜的晶体结构、表面形貌和光学特性;并分析了不同衬底温度对薄膜的结构和光学特性的影响。结果表明:在硅衬底上制备的ZnS都为多晶薄膜,具有闪锌矿β-ZnS结构;随衬底温度升高呈(111)晶面高度择优取向,平均晶粒尺寸有所增大,内应力、位错密度、折射率和吸收系数有所减小,禁带宽度随之增大;衬底温度为300℃时制备的薄膜表面均匀致密,呈现较优的结构和光学性能。

衬底温度对ZnS薄膜微结构和应力的影响

采用射频磁控溅射法分别在不同温度衬底上制备了厚度为320nm的ZnS薄膜，用XRD和光学相移技术研究了不同衬底温度下薄膜的微结构和应力。结果表明：不同温度衬底上沉积的ZnS薄膜均呈多晶状态，衬底温度由50℃上升到400℃的过程中，其择优取向发生了变化，晶粒有明显的生长方向；ZnS薄膜应力随着衬底温度升高逐渐减小，衬底温度在250～350℃之间的ZnS薄膜应力较小且在选区内分布比较均匀。