电子束蒸发制备的ZnS薄膜的物相结构和光学性能-论文.pdf

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1、云南师范大学学报(自然科学版)JournalofYunnanNormalUniversity2014年3月34卷2期(Vo1．34No．2)DOI：10．7699／j．ynnu．ns一2014—019电子束蒸发制备的ZnS薄膜的物相结构和光学性能彭柳军，杨培志，自兴发(云南师范大学太阳能研究所，云南昆明650092)摘要：用电子束蒸发法在不同衬底温度下制备了厚度为100nm左有的ZnS薄膜，利用x射线衍射(XRD)、紫外一可见光分光光度计(UVvisSpectrophotometer)研究了ZnS薄膜的晶体结构、光学

2、性能，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：不同衬底温度下制备的ZnS薄膜均具有闪锌矿结构(111)面择优取向生长的特征；衬底温度为200C时制备的ZnS薄膜的(111)晶面衍射峰最强，半高宽最小，晶粒最大；制备的ZnS薄膜对可见光有良好的透过性，由于量子尺寸效应，电子束蒸发制备的ZnS薄膜光学带隙大于ZnS粉末的带隙．关键词：ZnS薄膜；CIGS太阳电池；无镉缓冲层；电子束蒸发；物相结构；光学带隙中图分类号：0484．4文献标志码：A文章编号：10079793(2014)020026—04CIG

3、S太阳电池的量子效率，提高CIGS太阳电池1引言的短路电流．ZnS的“干法”制备工艺有真空热蒸发、电子束蒸发、磁控溅射、近空间升华和原子层使用北京泰科诺公司的zHI)_5()()型多功能沉积等]，但大多数研究是针对ZnS薄膜应用于真空蒸发镀膜系统进行电子束蒸发镀膜，铜铟镓增透膜_3]、发光材料l4]方面．由于高效CIGS太硒(CIGS)薄膜太阳电池由于具有转换效率高和阳电池的吸收层采用共蒸发或溅射后硒化等“干弱光性能好等优点，近年来受到人们的关注．典型法”工艺制备，因此国外对“干法”制备缓冲层已进的CIGS太阳电池结

4、构为：衬底／背电极／吸收层行了一些研究[6；国内的邵秋萍等研究了热蒸发(CIGS)／缓冲层(硫化镉)／窗口层／前电极，目前法制备CdS薄膜的工艺[]，荣利霞等对真空热蒸C1GS太阳电池的规模生产大都采用化学水浴法发法制备ZnS薄膜的性能进行了研究l8J，但采用(CBD)制备硫化镉(CdS)缓冲层．但由于CdS有电子束蒸发制备ZnS薄膜的研究鲜有报道．电子毒、对环境有危害；CBD“湿”法制备工艺与C1GS束蒸发镀膜技术具有直接加热蒸发材料表面、冷太阳电池的其他各层的真空“干法”制备工艺不匹坩埚、效率高、能量密度大、蒸发

5、高熔点材料时可配，不利于规模化流水线生产，生产过程中还存在避免部件反应和蒸发等特点，从而提高薄膜的纯废液回收问题；CdS的禁带宽度为2．4eV，对波度，因而受到人们的重视．本文采用电子束蒸发长在300~500rim范围的太阳光有较强吸收，不制备ZnS薄膜，并对其物相结构和光学性能进行利于吸收层对太阳光的充分吸收[1]．因此，探索分析．无镉缓冲层材料及其“干法”制备成为人们的研究热点．2实验硫化锌(ZnS)是无毒的与CdS同为1I—VI族化合物的半导体，其光学带隙为3．7eV，对3OO～使用北京泰诺公司的ZHI>500

6、型多功能真500nm范围的太阳光具有良好的透过率，可增加空蒸发膜系统进行电子束蒸发镀膜．采用尺寸为*收稿日期：201401—02基金项目：国家自然科学基金云南联合基金资助项目(UlO376o4)．作者简介：彭柳军(1983)，男，江西吉安人，硕士研究生，主要从事可再生能源材料方面研究通信作者：杨培志，研究员．第2期彭柳军，等：电子束蒸发制备的ZnS薄膜的物相结构和光学性能·27·2．5×2．5cm的普通玻璃为衬底，依次用丙酮、无峰最强，随着温度继续升高，由于热振动加剧，缺水酒精、去离子水在50℃的水浴温度下超声清洗陷

7、增多，衍射峰强度有所减弱．10min，用氮气吹干后放人镀膜系统基片台上作为镀膜衬底；将纯度为99．99的ZnS颗粒放人石墨舟中，关闭腔室，抽真空至3×10Pa，预热阴极灯丝，电子束流控制在0．15～O．25A，加速电压为8KV，衬底温度分别控制在25C、100。C、150。C、200。C、250。C、400。C．蒸发时腔室内压强维持在5×10Pa，预蒸发5min除气，基片台以10r／rain转速转动，打开挡板开始镀膜，沉积速率为0．1nm／s，通过膜厚仪监控制备的ZnS薄膜的厚度约为100rim．图1不同衬底温度下制

8、备的ZnS薄膜的XRD图谱Fig．1XRDpatternsofZnSthinfilmsdeposited利用RigakuTTRIII型X射线衍射仪分析atdifferentsubstratetemperaturesZnS薄膜的物相结构，Hitachi4100型紫外一可ZnS薄膜的平均晶粒尺寸D可依据Scherrer见光(UV-vis)分光光度计