CBD法制备CdS薄膜的研究

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四、CBD法制备CdS的影响因素——反应温度
硫酸镉 氯化铵 硫脲 氨水 0.02mol/L 0.1mol/L 0.01mol/L 0.5mol/L
图4-5 不同反应温度下薄膜的厚度
图4-4 不同水浴温度下沉积 CdS 薄膜的 SEM 图
图4-6 不同水浴温度下沉积 CdS 薄膜的透射光谱
四、CBD法制备CdS的影响因素——pH值
CdS薄膜制备方法
溅 射 法
化 学 气 相 沉 积 法
化 学 水 浴 沉 积 法
真 空 蒸 发 技 术
溶 胶 凝 胶 法
-
★ 不需要真空系统，设备简单
★ 反应原料纯度要求较低，反应原料的可选择性大且容易购买，价格便宜 ★ 应温度低，衬底的可选择性大
★ CBD 法还可以实现单次、多次或者连续沉积薄膜
三、化学水浴沉积法制备CdS的原理
化学水浴沉积法的基本原理 AB(S) CA+CBK= CAB A++B-
K=
CA+CB-
CAB(S)=K’
K’
或 KK’= CA+CB-
由于 K、K’都为常数，所以Ksp=KK’也为常数，即Ksp=CA+CB-
定义 Ksp为溶度积（记为 SP）， CA+CB-为离子积（记为 IP）
当 IP/SP=S>1 时，溶液处于过饱和状态
反应温度
90℃
图4-7 不同pH值条件CdS薄膜的SEM图 崔岩等, 功能材料[J].2009, 2(40): 197-200
图4-8 不同pH值条件CdS薄膜的透射光谱
四、CBD法制备CdS的影响因素——衬底
醋酸镉 醋酸铵 硫脲 反应温度 0.025mol/L 0.1mol/L 0.01mol/L 90℃
4. Cd(OH)2SC(NH2)2进一步分解产生CdS，形成薄膜
[Cd(OH)2SC(NH2)2]ads →CdS+CN2H2+2H2O+site
三、化学水浴沉积法制备CdS的原理
CdS薄膜生长的微观模型： 同质反应(溶液中) 微观机制
异质反应(衬底上)
A.核-核模型 模型
B.簇-簇模型
C.混合
典型的自催化过程反应动力学曲线
四、化学水浴沉积法制备CdS的影响因素
★沉积时间 ★反应温度
★pH值
★衬底
四、CBD法制备CdS的影响因素——沉积时间
硫酸镉 氯化铵 硫脲 氨水 0.004mol/L 0.04mol/L 0.1mol/L 0.5mol/L
图4-2 不同沉积时间薄膜的厚度
图4-3 不同沉积时间 CdS 薄膜的 透射光谱 图4-1 不同沉积时间薄膜的SEM图: a)14 分钟;b)20 分钟;c)24 分钟;d)30 分钟
缓冲层 钝化晶格失配
一、前言——缓冲层的能带偏移(△EC)
CIGS太阳能电池的能带图
一、前言——缓冲层材料
材料 CdS ZnS ZnSe 晶格失配/% 0.83 -6.48 -2.01 ΔEc /eV 0.30 -0.25 0.41
CdSe In2S3
4.60 87.73
0.70 --
二、CdS薄膜的制备方法
Baidu Nhomakorabea
三、化学水浴沉积法制备CdS的原理
CdS薄膜生长的微观机制： 镉盐
Cd2+ NH3 Cd(NH3)42+ OHSC(NH2)2 Cd2+ S2-
CdS
Cd(OH)2(NH3)2
亚稳态络合物 CdS 衬底
NH3
三、化学水浴沉积法制备CdS的原理
CdS薄膜生长反应动力学：
Avrami方程：α=1-e(-kt)
n-ZnO n-Buffer + p-CIGS + + -
损耗 区域
空穴
一、前言——缓冲层的作用
ZnO和CIGS之间的失配：
2(a2 -a1 ) Δa 19.3% (a2 a1 ) a
a=(a1+a2)/2 两种材料晶格常数的平均值
晶格失配原理示意图
Δa Ni 3 5.87 1013 cm2 a
CBD法制备CdS薄膜的研究
主要内容
一、前言 二、CdS薄膜的制备方法 三、化学水浴沉积法制备CdS的原理 四、化学水浴沉积法制备CdS的影响因素
一、前言——CIGS薄膜太阳能电池
低成本 高效性 有弹性
长程稳定性
太阳能电池市场 印刷薄膜太阳能电池市场预测
一、前言——CIGS薄膜太阳能电池结构
光子 电子流
表4-1 pH值对CdS薄膜晶粒尺寸、颗粒尺寸及膜厚 的影响 醋酸镉 醋酸铵 硫脲 0.02mol/L 0.1mol/L 8.43 0.01mol/L 9.23 10.09 pH值 晶粒尺寸 (nm) 27.0 15.2 15.5 颗粒尺寸 (nm) 80-100 100-200 ＞200 薄膜厚度 (nm) 80-100 160-170 250-430
图4-9 不同衬底沉积 CdS 薄 膜的拉曼光谱
图4-10 不同衬底沉积 CdS 薄 膜的透射光谱
图4-11 不同衬底条件CdS薄膜的SEM图： (A)glass/CdS;(B)glass/ITO/CdS;(C)PC/CdS;(D )PET/CdS;(E)PET/ITO/CdS;(F)Si/CdS.
生成沉淀或衬底上成核
三、化学水浴沉积法制备CdS的原理
CdS薄膜的生长过程： 1. 溶液中自由的镉离子同氨结合成Cd(NH3)n2+配合离子，聚集在衬底附近：
Cd2++nNH3 →Cd(NH3)n2+
2. 在衬底表面上发生Cd(OH)2的可逆吸附过程： Cd(NH3)n2++2OH-+site →[Cd(OH)2]ads+nNH3 3. 硫脲同Cd(OH)2再次发生吸附，形成亚稳态Cd(OH)2SC(NH2)2络合物 [Cd(OH)2]ads+SC(NH2)2 →[Cd(OH)2SC(NH2)2]ads