溶液法制硫化镉薄膜

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1、[CdS薄膜及其制备]邢凯健09120157上海大学2012～2013学年春季学期材料科学导论C课程论文课程名称：材料科学导论C课程编号：10415074论文题目：CdS薄膜及其制备姓名:邢凯健学号:09120157论文评语：论文成绩：任课教师：评阅日期：7[CdS薄膜及其制备]邢凯健09120157CdS薄膜及其制备摘要:CdS薄膜在异质结太阳能电池中是十分重要的n型窗口材料,它的制备可以通过真空镀膜,分子束外延,磁控溅射及化学沉积的方法来实现,而化学沉积方法中,最为常用的就是水浴法是十分重要的。关键词：CdS薄膜化学水浴法反应速率一

2、、CdS的基本性质CdS薄膜的禁带宽度为2.42eV，能透过绝大部分阳光，是十分优秀的窗口材料，其薄膜质量的好坏会直接影响在此基础上制备的吸收层CdTe薄膜质量的好坏，对电池的效率和寿命是十分重要的。因此如何制备出高质量的CdS薄膜成为了一个十分关键的课题。二、水浴法制备CdS薄膜如今有许多物理方法可以去制备CdS薄膜，例如真空镀膜法、磁控溅射法等等，这些物理方法制备的CdS薄膜的厚度均匀，测试的结果也十分理想，那么我们为什么还要使用化学方法去制备CdS薄膜呢？其中最为重要的因素就是化学方法，例如水浴法，所需要的成本十分低廉，特别是与前

3、面所提到的几种物理方法相比，前期所投出的经费是微乎其微。并且后期也不会遇到仪器维修等问题。但是水浴法制备CdS薄膜的质量从许多文献中可以发现，并不是非常的理想，生长所得到的薄膜的厚度不均匀，并且会有气孔、裂纹等等。这是因为化学方法制备CdS薄膜的不可控因素太多（例如当天的湿度，温度，所使用的仪器，药品的纯度及实验误差等等）。那么我就在上海大学电子楼对于该CdS薄膜的生长作了一定的研究，也得出了一些结论。2.1实验原理CdS的溶度积很小,所以如果让镉离子和硫离子直接反应的话十分容易生成沉淀。这样膜厚和膜的均匀性就很难控制。如果让硫以络合物

4、的形式存在，就会减缓反应速率，所以反应方式如下：7[CdS薄膜及其制备]邢凯健09120157（1）氨水溶于水后产生OH-：NH3+H2ONH4++OH-(1.1)（2）在碱性环境里面，醋酸镉提供Cd2+：Cd(Ac)2→Cd2++2Ac-(1.2)（3）未水解的氨和Cd离子络合，形成四氨合镉离子正式它起到缓慢释放Cd2+的作用：Cd2++4NH3Cd(NH3)42+(1.3)（4）当醋酸铵、氨水、醋酸镉混合以后，对于异质反应，本质上是一种表面吸附-成核过程。当Cd2+、OH-生成Cd(OH)2吸附在衬底表面。Cd2++2OH-→Cd(

5、OH)2↓(1.4)（5）当溶液加入硫脲以后，[SC(NH2)2]与OH-反应分两步释放S2-。释放的S2-再与Cd2+结合在衬底和容器壁上生成CdS。[SC(NH2)2]+OH-→CH2N2+H2O+HS-(1.5)HS-+OH-→S2-+H2O(1.6)Cd(NH3)42++S2-→CdS+4NH3(1.7)2.2实验仪器7[CdS薄膜及其制备]邢凯健09120157图1实验装置2.3实验数据编号温度（摄氏度）醋酸氨（ml）氨水（ml）硫脲（ml）1802312502313652314652315652316653317653318

6、6523.5196523.2511065231116522.7511265231注：加粗数据为理论标准值7[CdS薄膜及其制备]邢凯健09120157图2不同条件下生长的CdS薄膜上述为几组生长的不错的薄膜表面晶相图。可以发现，在于理论计算的实验数据相近的条件的下生长的薄膜质量都比较高。2.4实验结论不难发现，再经过许多次的试验后，CdS薄膜的质量有可比较明显的提高。主要体现在薄膜的厚度，薄膜的均匀性以及薄膜的粘附性。个人认为反应速率是水浴法沉积CdS薄膜最为关键的一个因素，而影响化学反应速率的因素又有以下几个：反应温度、NH4+离子的

7、浓度。在本次试验中，我们希望达到65摄氏度恒温25min，而实验室中的恒温磁力搅拌器在控制温度上有很大的缺陷，并且基本无法解决，只能通过手动控温来达到恒温的要求，但是温度浮动对薄膜质量的影响在本实验中是无法避免的。通过对薄膜表面形貌的观察，我们发现：当温度过高，薄膜的厚度会增加并且导致均匀性差，这就说明了反应速率过快；当温度过低，薄膜的均匀性虽然比较理想，但是薄膜的厚度以及薄膜的粘附性都很不理想，这就说明了反应速率过慢。除了温度对反应速率有影响外，NH4+7[CdS薄膜及其制备]邢凯健09120157离子对反应速率的影响显得更加的关键。

8、从实验原理中我们不难发现，该反应是一个可逆反应，而NH4+的浓度多少会决定反应的方向。从实验中我们得出通过改变NH4+离子的浓度来控制反应速率的方法有两种：一是控制氨水不变，改变NH4Ac的量；二是控制NH