退火对硫化方法制备ZnS薄膜特性的影响

以反应磁控溅射方法沉积ZnO薄膜,然后在空气和H2S气氛中退火制备了六方相ZnS薄膜.用X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见透射光谱和扫描电子显微镜(SEM)对薄膜进行表征.提高空气退火温度能够改善ZnS薄膜结晶性,而空气退火温度超过500℃则会降低ZnS薄膜结晶性.另外,当硫化退火温度低于400℃时,ZnO只能部分转变为ZnS,只有硫化温度等于或大于400℃时,ZnO才能全部转变为ZnS.硫化前后薄膜晶粒尺寸有显著变化.所得ZnS薄膜在可见光范围的透过率约为80;,带隙为3.61 ～3.70 eV.     

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.     

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.     

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。     

氨水浓度对化学浴沉积的Zn(O,S)薄膜形貌、结构和性能的影响

采用化学浴法,以ZnSO4·7H2O和SC( NH2)2作为反应前驱物,C6H5O7 Na3·2H2O作为络合剂,NH3·H2O 作为辅助络合剂和缓冲剂制备Zn(O,S)薄膜.采用SEM、EDS、XPS、XRD和透射光谱分析方法,研究氨水浓度对化学浴法制备的Zn(O,S)薄膜形貌、成分、结构和光学性能的影响以及Zn(O,S)薄膜的形成机理.结果表明:Zn(O,S)薄膜是由ZnO和ZnS纳米颗粒混合组成的,ZnO具有纤锌矿结构,ZnS是以非晶相存在.随着反应溶液中氨水浓度的降低,薄膜中所包含的ZnO逐渐减少,ZnS逐渐增加,S/Zn原子比逐渐增加,透射率和光学带隙也逐渐增大.     

氮气压强对PLD制备ZnO薄膜形貌及光电性能的影响

研究了氮气压强对脉冲激光沉积(PLD)法制备ZnO薄膜形貌及光电学性能的影响.结果表明,当氮气压强较低时,ZnO薄膜是由尺寸为50 nm的薄片组成;当氮气压强增加后,ZnO薄膜变成多孔状,并且组成ZnO薄膜的颗粒尺寸逐渐减小.在氮气压强为20 Pa以上时,所制备的ZnO薄膜的光致荧光(PL)光谱是由380 nm的带边发光峰和520 nm的缺陷发光峰组成;当氮气压强较低时(5 Pa和2 Pa),ZnO薄膜的PL光谱只有一个位于400 nm或41O nm处的发光峰.电学方而,2Pa和5 Pa氮气压强下制备的ZnO薄膜的电阻率约为氮气压强为20 Pa和50 Pa下制备样品的104和105倍.研究表明,当氮气压强较低时,Zn离子和O离子具有较大平均自由程和较大平均动能,因此易使N2离子化,可以使部分N离子掺入ZnO晶格中.当氮气压强较高时,Zn离子和O离子平均动能较小,不易使N2离子化,氮难于掺入ZnO晶格中.     

Eu3+,Tb3+掺杂对RF磁控溅射ZnO薄膜结构的影响

利用RF磁控溅射技术,不同条件下在不同衬底上制备了纯ZnO及Eu3+,Tb3+共掺ZnO薄膜.研究了薄膜的衬底、沉积时间和衬底温度对ZnO薄膜结构及形貌的影响.使用X射线衍射仪(XRD)对样品的结构进行了表征,结果表明:玻璃和石英衬底上的薄膜分别在300℃、镀膜0.5h和常温下、镀膜lh时薄膜具有良好的c轴择优取向,单品质量较好;而硅衬底上的薄膜在300℃、镀膜lh时具有良好的(103)轴择优取向,单品质量略有降低.     

薄膜厚度对ZnO:Y薄膜结构及光电特性影响

室温下采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备出了具有良好附着性、低电阻率和高透过率的新型ZnO∶Y(ZnO掺杂Y2O3,简称ZnO∶Y)透明导电薄膜。研究了薄膜厚度对ZnO∶Y薄膜结构、光电特性的影响。结果表明:不同厚度的ZnO∶Y薄膜均为多晶薄膜,具有ZnO六角纤锌矿结构,最佳取向为(002)方向。随薄膜厚度增加,其电阻率减小,当薄膜厚度增至800 nm时,其电阻率为8.36×10-4Ω.cm,迁移率为15.3 cm2.V-1.s-1,载流子浓度为4.88×1020cm-3。不同厚度的薄膜在可见光范围内平均透过率均为90%以上,当薄膜厚度从200 nm增加到800 nm时,薄膜禁带宽度从3.68 eV减小到3.61 eV。     

预制层中Zn和ZnS对CZTS薄膜太阳电池的影响

采用磁控溅射后硫化的方法制备Cu2 ZnSnS4 (CZTS)薄膜,分别用Zn和ZnS作为锌源,在镀钼的钠钙玻璃衬底上以Zn(或ZnS)/Sn/Cu的顺序制备出不同的CZTS薄膜预制层.首先对预制层进行低温合金,然后以硫粉作为硫源进行高温硫化,得到CZTS薄膜.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)分别对所制备薄膜的晶体结构、表面形貌和薄膜组分进行分析表征;并用拉曼光谱表征了CZTS相的纯度.最后用CZTS薄膜制备了太阳电池,发现在预制层中以ZnS作为锌源得到的太阳电池有较高的性能参数,其开路电压:V =651 mV,短路电流密度:Jsc=11.4 mA/cm2,光电转换效率达到2.8;.     

低温磁控溅射法制备氧化锌薄膜的光学性能研究

采用射频磁控溅射法,在较低的衬底温度(100℃)下,改变溅射时间,制备了一组氧化锌(ZnO)薄膜.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线能谱仪(EDS)、傅里叶红外光谱(FTIR)、拉曼光谱和紫外-可见分光光度计对制备的ZnO薄膜的微观结构、形貌和光学特性进行了研究.XRD图谱表明,制备的ZnO薄膜具有良好的结晶性和c轴择优取向,随着溅射时间的增加,(002)衍射峰的强度先增大后降低,溅射时间为40 min时,(002)衍射峰的强度达到最大,衍射峰半高宽最小;AFM测试表明制备的ZnO薄膜表面呈现球状颗粒,随着溅射时间的延长,薄膜的颗粒尺寸和表面均方根粗糙度均逐渐变大;EDS结果显示溅射时间较长(40 min和60 min)的ZnO薄膜,O和Zn的原子比更接近1:1.FTIR光谱中,发现位于408 cm-1附近的ZnO的E1(TO)声学模式和位于380 cm-1处的A1(TO)模式;拉曼光谱中,观测到了分别位于99 cm-1和438 cm-1处的ZnO的E2(Low)和E2(high)模式拉曼特征峰;紫外-可见透过光谱显示,在可见光范围,ZnO薄膜具有高的透光率,平均透光率高于90;,ZnO薄膜的光学禁带宽度范围为3.27～3.28 eV,溅射时间为40 min时,ZnO薄膜的光学禁带宽度最接近单晶ZnO的.