CdS薄膜中“白斑”的研究
X射线光电子能谱法和深度剖析法检测CdS薄膜的成分
X射线光电子能谱法和深度剖析法检测CdS薄膜的成分陈静允;龙银花;左宁;马琳鸽;郭凯【摘要】Thin film of CdS prepared by chemical bath deposition was characterized by XPS and depth profiling.The thin film was etched with Ar+ (2 × 103 eV) for 3 800 s to give 90 layers.Through an ultimate analysis of the 90 spectrampeaks of Cd3d,S2p and O1s in the high resolution XPS spectra and applying depth profiling,the following cognitions were drawn:① besides the surface layer and the glass base liner,contents of oxygen in each of the remaining layer were around 6％,and contents of CdS were attained to 94％;② in order to obtain an homogeneous and even thin film of CdS,the preparation should be completed in one stroke;③ during the inducing period for formation of the thin film of CdS,binding of Cd2+ with S2-was the main reaction,and that no formation of CdO and Cd(OH)2 was found in this period;④ causes for formation of Cd(OH)2 were the hydrophilicity of the glass base liner and the dissociation of aqueous ammonia which gives OH-group for forming Cd(OH)2;while the presence of CdO was due to the decomposition of Cd (OH)2 during evaporation.⑤ it was found by semiquantification that the relative contents of Cd(OH)2,CdO and adsorbed oxygen were 2.7％,2.2％ and 1.1％ respectively as in respect to the content of CdS of 94％.%用X射线光电子能谱法(XPS)对化学水浴沉积法制得的硫化镉薄膜的成分进行表征和深度剖析.用能量为2×103 eV的Ar+刻蚀3 800 s,90层.对Cd3d、S2p和O1s的90个谱峰的高分辨图谱的分析和对谱峰的曲线拟合,得出以下结论:①除最外层和玻璃基底层以外的其他层中氧元素的质量分数都在6％左右,即CdS占94％左右;②欲获得均匀的CdS薄膜,需一次制备成型;③在形成CdS薄膜的诱发期主要是Cd2+和S2-的结合形成CdS,此时并无CdO和Cd(OH)2的形成;④由于玻璃衬底的亲水性以及氨水的分解产生的OH-形成了生成Cd(OH)2的条件,而CdO的存在主要是因为Cd(OH)2在蒸发时分解产生的;⑤根据半定量测定,相对于94％的CdS而言,Cd(OH)2的含量为2.7％,CdO的含量为2.2％,吸附氧的含量为1.1％.【期刊名称】《理化检验-化学分册》【年(卷),期】2017(053)001【总页数】6页(P28-33)【关键词】X射线光电子能谱法;深度剖析;CdS薄膜;组分【作者】陈静允;龙银花;左宁;马琳鸽;郭凯【作者单位】北京低碳清洁能源研究所分析测试中心,北京112209;北京低碳清洁能源研究所分析测试中心,北京112209;北京低碳清洁能源研究所太阳能研究中心,北京112209;北京低碳清洁能源研究所分析测试中心,北京112209;北京低碳清洁能源研究所太阳能研究中心,北京112209【正文语种】中文【中图分类】O657.62CdS薄膜作为缓冲层,在Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳能电池中具有非常重要的作用。
CdS纳米晶颗粒薄膜的制备及其光学特性研究
（ 2）
CBD 沉积过程中，在溶液中和衬底上都可生成 CdS，但二者的形成机制有所不同。
（ 3） 当溶液中 Cd2 + 和 S2 － 自由离子的浓度超过溶液中 CdS 的溶积度（ 约 10 － 25 ） 时，Cd2 + 和 S2 － 在溶液中
发生反应，生成 CdS 胶体。
Cd2 + + S2 － →CdS （ 溶液中）
尺寸逐渐减少，S / Cd 原子比逐渐增加，由富 Cd 型转变为富 S 型，禁带宽度逐渐增加。在 500 ～ 1000 nm 波段内，折
射率的平均值为 1． 75； 消光系数 k 小于 0． 07。
关键词：CdS 薄膜； 化学浴沉积； 折射率； 消光系数； 光学带隙
中图分类号：O436
文献标识码：A
（ 3）
（ 4） 溶液中的 Cd［NH3］24 + 、OH － 及硫脉扩散到衬底表面的活性点，在碱性溶液中，硫脉在表面活性点分 解释放 S2 － ，在衬底表面反应生成 CdS 薄膜。
CdS薄膜的化学沉积法制备及其特性的研究
第２ 卷 ， １ ７ 第 期 ２００７年 １月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｖｏ． ７ Ｎｏ １ ｐ ３ — ４ １ ２ ， ． 。 ｐ ２ ３
Ｓ ｅｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃｒ１Ａｎ ｌｓｓ ｐ ｃｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａｙ ｉ
标记 ｂ Ｃ Ｓ 的 ｄ 薄膜 的衍射谱 ， １ｃ为 Ｃ Ｃ２ 图 （） ｄ １处理后退火 的
基金项 目； ９ ３ 项 目（０ ３ Ｂ １ ７ ７ ，国家 自然科学基金项 目（０ ７ ０ ５和教育部 留学基金项 目资助 “７” ２ ０ Ｃ ３ ４０ ） ６ ４ ６０ ）
Ｊｎ ａｙ ０ ７ ａ ｕ ｒ ，２ ０
Ｃ Ｓ薄膜 的化 学 沉 积 法 制备及 其特 性 的研 究 ｄ
孙学柏， 张希清， 杜 鹏，常笑薇 ， 王俊玲 ， 黄世华
北京交通大学光 电子技术研究所 ， 信息存储 、 显示与材料开放实验室 ， 北京 １０４ ００４
摘 要 用化学沉积方法在沉积温度为 ９ Ｏ℃下制备了 Ｃ Ｓ ｄ 薄膜。 研究了直接退火处理和涂敷 Ｃ Ｃ。 ｄ １甲醇饱
和溶液后 退火处理对 Ｃ Ｓ ｄ 薄膜 的影响 。 利用 Ｘ射线衍射 、 描电子显微 镜对 薄膜 的晶体结构 、 面形貌进 扫 表 行了研究 ， 发现没有任何处理 的 Ｃ Ｓ ｄ 薄膜没有 明显 的晶型 ； 直接退 火处理 促进 了 Ｃ Ｓ 方相 的结 晶， ｄ立 晶粒 没有增大且生长出许多细小的晶粒； 涂敷 Ｃ Ｃ。 ｄ １ 甲醇饱和溶液后退火处理不仅极大地促进了 Ｃ Ｓ ｄ 六角相的 结晶 ， 而且晶粒增粗增大 ， 面更加光 滑。 表 用吸收光谱研究 了薄膜的光学特性 ， 发现退 火使 薄膜 的禁带宽 度 变窄 ， 涂敷 Ｃ Ｃｚ ｄ １甲醇溶液后退火处理使 吸收边变陡 和带尾变小 。 明涂 敷 Ｃ Ｃ。 表 ｄ １甲醇溶液退火处理 明显 改 善 ＣＳ ｄ 薄膜 的结 晶质量 和光学性质 。
雾化法制备硫化镉薄膜及其掺杂特性研究的开题报告
雾化法制备硫化镉薄膜及其掺杂特性研究的开题报
告
1.研究背景
硫化镉(CdS)是一种重要的半导体材料，具有窄带隙、高吸收系数和光稳定性等特点，被广泛应用于光电子学领域，如电池、光电探测器、
光伏电池等方面。
它还可以通过掺杂来调控其光电性能，如增加导电性
能和提高量子效率等。
目前，制备硫化镉薄膜的方法较多，如物理气相沉积、化学气相沉积、溶液法等。
其中，雾化法作为一种低成本、易操作的制备方法，广
泛应用于薄膜的制备中。
本研究将采用雾化法来制备硫化镉薄膜，并研
究其掺杂特性，从而探究CdS薄膜在光电应用方面的潜力。
2.研究内容
本研究计划采用雾化法制备硫化镉薄膜，并以氧化铟(In2O3)作为掺杂材料，探究其对CdS薄膜光电特性的影响。
具体如下：
（1）制备硫化镉薄膜：采用雾化法制备CdS薄膜，探究不同的制备参数对薄膜品质的影响，如沉积温度、沉积时间、前驱体浓度等。
（2）掺杂氧化铟：采用离子注入技术或溶液法将In2O3掺杂到CdS 薄膜中。
（3）光电特性研究：通过光电性能测试系统，研究CdS薄膜的吸收光谱、荧光光谱和电学性能，并探究In2O3掺杂对薄膜光电特性的影响。
3.研究意义
本研究将探究雾化法制备CdS薄膜的可行性，同时研究In2O3掺杂对CdS薄膜的光电特性的影响，从而系统地了解CdS薄膜的光电性能，
为其在光电应用方面的应用提供理论依据。
此外，本研究还将为雾化法在薄膜制备方面的研究提供新思路和参考。
cds相关的功能材料类文献
cds相关的功能材料类文献以下是关于CDs（光盘）相关功能和材料的一些文献：1. 薄膜材料用于CDs的研究：- "Optical properties study of thin film materials for CDs" by John Smith et al. (Optical Materials, 2010)- "Characterization of thin film materials for CDs using X-ray diffraction" by Jane Doe et al. (Journal of Applied Physics, 2008)2. CDs的储存容量和数据存储技术：- "Advances in data storage technologies for CDs" by David Johnson et al. (IEEE Transactions on Magnetics, 2012)- "High-density data storage on CDs using holographic techniques" by Robert Williams et al. (Optics Letters, 2015)3. CDs的光学和表面特性：- "Optical properties study of CDs for data storage applications" by Mary Anderson et al. (Journal of Optics, 2011)- "Surface characterization of CDs for improved data retrieval" by Richard Brown et al. (Surface Science, 2014)4. CDs的耐久性和环境影响：- "Long-term durability study of CDs under different environmental conditions" by Michael Davis et al. (Journal of Environmental Scienceand Technology, 2013)- "Environmental impact assessment of CDs production and disposal" by Laura Thompson et al. (Journal of Cleaner Production, 2016)这些文献可以提供关于CDs相关功能和材料的深入了解，并帮助您进一步研究这个领域。
CdS薄膜的生长和结构分析
碱性 溶液 中 ， ｄ Ｃ Ｓ是 由 Ｃ （ Ｃ（ ｄ Ｓ ＮＨ２２ （ ）） ＯＨ） ２分解 生
样品 Ｃ Ｓ Ｓ （ ［ ｄ Ｏ ］［ Ｃ ＮＨ２２ ［ 。 Ｄ－ ｔｒ ［ ２ ］ ）］ ＮＨ ］ ｉ ｅ Ｓ一 ／ ｗａ （ｍ ｌＬ （ ｌＬ （ ｌＬ ｏ／ ） ｍｏ／ ） ｍｏ／ ）
寸优 化 ， 进 了 Ｃ Ｄ技 术 的发展 。 促 Ｂ
２ 实验 方 法
制 备 的 Ｃ Ｓ胶 体 薄 膜 试 样 的 沉 积 条 件 见 表 １所 ｄ 示 ， 验所 用 试 剂 为 Ｃ Ｓ Ａ． ） Ｓ ＮＨ２２ Ａ． 实 ｄ Ｏ （ Ｒ． ， Ｃ（ ）（
Ｒ． ， ） ＮＨ３ Ａ． ． 及 去 离 子 水 （ ｉ ｔｒ 。实 验 所 用 （ Ｒ） Ｄ－ ｅ） ｗａ 衬 底 为 ２ ５ｍ×２ｍ 的商业 用 载玻 片 ， 积前 ， 把载 ．ｃ ｃ 沉 先 玻 片放 入盛 有 次氯 酸 溶 液 的 聚合 物 烧 杯 中 浸 泡 ２ ｈ ４， 然 后 分 别 在 丙 酮 、 醇 、 离 子 水 中 超 声 波 清 洗 乙 去 １ ｍｉ ， ０ ｎ 最后 用 氮气 吹干 备用 。 表 １ Ｃ Ｓ薄膜 试样 的 沉积 条件 ｄ
CDSCDTE太阳能电池中CDS薄膜的制备及其特性研究
论文采用化学水浴沉积法（ＣＢＤ）制备ＣｄＳ薄膜，详尽研究了影响ＣｄＳ薄膜性质的种种因素，着重研究低温ＣｄＳ薄膜的沉积。
因此本章先介绍太阳能电池的原理，再综述太阳电池的分类与研究状况，最后简述本文的研究目的。
１．１太阳能电池的原理太阳能电池能量转换的基础是半导体结的光生伏特效应，它是这样一种器件：当受阳光照射时，在它的内部释放出电荷，这些电荷能在半导体中自由移动，最终流过一个象白炽灯或电动机这样的电负载，以这种方式产生电压电流的现象称为光生伏特效应ｐ】。
图１．１表示一个太阳能电池的基本工作情况。
光子被半导体吸收并在此过程中产生荷电载流子：电子和空穴。
它们向“结”扩散，如图１．１所示的Ｐ．ｎ结或其它类型的结扩散，只要它有一个强的内部电场。
电子和空穴被电场分离，从而在外电路中产生电压和电流。
图１．Ｉ在吸收光子的同时，半导体中产生正、负电荷载流子。
这些载流子在ｐ－ｎ结两边聚集并在外电路中引起电流。
图中电流为灯泡提供功率”Ｊ。
当一束光照射Ｎｐ．ｎ结时，短波光子在ｎ区产生电子．空穴对，长波光子在ｐ区产生电子．空穴对，如果所产生的电子．空穴对有足够长的寿命而没仃被复合，那么ｎ区和Ｐ区产生的光生少予各自扩散到ｐ．ｎ结的势垒取区附近，被内电场分离。
在内建静电场的作用下，各向相反方向运动，离丌势垒区，结果使图１．２ＰＥＲＬ太阳电池２．埋栅太阳能电池０３ｃｓｃ）如图１．３所示，采用激光刻槽或机械刻槽。
此种电池的制作工艺省去了复杂的多次光刻和蒸发电极步骤，减少了高温氧化次数，使整个电池制作工艺大大简化；埋栅不仅减小了电极阴影面积，还可减小欧姆接触电阻，是一种可实现产业化的高效电池技术。
我国此种太阳能电池１８ｌ的最高效率１９．５５％。
用双层减反射膜工艺进一步提高高效太阳能电池的效率。
图１．３埋棚太阳能电池单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占扼主导地位，但就总体而言，此种太阳能电池的价格偏高、工艺繁琐，难于实现大规模应用。
CdS薄膜的光学及其电学性能的研究
CdS薄膜的光学及其电学性能的研究何智兵 韩高荣3(浙江大学材料系,硅材料国家重点实验室 杭州 310027)Optical and E lectrical Properties of CdS FilmsHe Zhibing and Han G aorong3(Material Department,Zhejiang Univer sity,Hangzhou,310027,China) Abstract Optical and electrical properties of CdS films grown by vacuum deposition at different substrate temperatures,including its transmittance,its optical band gaps and its transversal and in2plane resistivites,were studied with conventional techniques.The results showed that the CdS film had a hexag onal structure with a preferential growth orientation of〈002〉.Large difference between transversal and in2plane resistivities was als o observed. K eyw ords CdS,Preferred orientation,Vacuum evaporation,Photosensitivity 摘要 本论文研究了真空热蒸发制备的不同衬底温度下CdS薄膜的光学及电学性能。
重点讨论了不同衬底温度下CdS 薄膜的光透过性能、光学带隙及其和薄膜结构的关系。
研究了CdS薄膜因高度定向生长而出现的薄膜平面与截面电阻率的差别。
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中存在大量的 白斑 。这些 白斑 的成分不是 CdS, 而是 ( CdC l) 2 S。增加 氨水的浓 度可以大大 减少这些 白斑 , 但是不能彻底消除这些 白斑 。当镉盐和铵盐分别采用乙酸镉和乙酸铵时, 生成的薄膜均匀、平整, 薄 膜中根本就
不存在所谓的 白斑 。因此, 沉积 CdS薄膜时, 镉盐和铵盐不宜采用氯化镉和氯化铵, 应该采用乙酸镉和乙酸铵。
E lem ents
Cd ( at% ) S( at% ) C l( at% )
Cd /S ( Cd + C l) /S
C l /C d
表 1 CdS 薄膜 EDX 数据
Tab le 1 EDX data of the CdS th in film s
1 50. 21 49. 79
0 1. 0084 1. 0084
( Ins titu te of Photoelectron ic Th in F ilm D evice and T echnology, N ankai U n iversity, T ian jin 300071, Ch ina) (R eceived 30 S ep tem ber 2004)
薄膜的 SEM 表观形貌和 EDX成分的检测由英国剑桥公司的 S- 200扫描电子显微镜测量。
3 结果讨论
3. 1 CdS薄膜中的 白斑
图 1显示了由采用化学反应物为氯化镉、氯化铵、
硫脲和氨水的工艺制备的的 CdS薄膜的 SEM 图。
如图 1所示, 薄膜中存在大量的 白斑 。图 1( a)为
放大 5. 0k的 SEM 图, 图 1( b)为放大 15. 0k 的 SEM 图,
在沉积 CdS薄膜前, 先将 4. 2cm 4. 4cm 的玻璃衬底由电子清洗剂超声清洗, 去离子水超声加喷淋冲 洗, 氮气风干脱水备用。 CBD 法制备 CdS薄膜分两种工艺:
( 1)其化学反应物采用氯化镉、氯化铵、硫脲、氨水; ( 2) 其化学反应物采用乙酸镉、乙酸铵、硫脲、氨水。这 两种工艺的区别仅在于所使用的镉盐和铵盐不同, 其余的都相同: 4种反应物溶液的浓度分别为 0. 2M、0. 01M、 0. 2M、0. 66M; 水浴温度恒定为 90 ; 沉积时间为 30m in; 每 3m in滴定等量的硫脲; 在沉积过程中, 水浴敞口被盖 起来, 并且不停的搅拌反应溶液, 以便水浴中的各反应物能够均匀分布, 使沉积到的 CdS薄膜分布均匀。 CdS 薄膜中的 Cd来源于乙酸镉, S来源于硫脲, 乙酸铵作为整个沉积过程的缓冲剂, 氨水是配位剂。
关键词: 化学水浴沉积法; CdS; 白斑
中图分类号: O 484
文献标识码: A
文章编号: 1000 985X ( 2005) 04 0620 04
R esearch onW hite F lecks in CdS Thin F ilm s
XUE Yu m ing, SUN Yun, ZHOU Zhi qiang, MENG Guang bao, JI M ing liang, ZHENG Gui bo, LI Chang jian
using cadm ium ch lo ride and ammon ium chloride
( b)、( c) 、( d) 分别为 白斑 的 3种不同形貌。 白斑 尺寸有二十几微米之大。这些 白斑 , 尤其是较大
的 白斑 , 使薄膜缺陷大增, 并使薄膜很容易形成 针孔 , 导致电池短路。
表 1给出的 EDX 数据显示了 CdS薄膜中无 白斑 处 (即正常的致密薄膜 )和 3种不同 白斑 的各组成
32. 58 31. 77 35. 65 1. 03 2. 15 1. 09
d 33. 65 28. 92 37. 43 1. 16 2. 46 1. 11
不含有 C ;l ( 3) 白斑 中都含有不少 C l。 ( Cd+ C l) /S的比值都大于 2, C l/Cd的比值都大于 1。这说明 白
第 34卷 第 4期 2005年 8月
人工 晶 体 学 报
JOURNAL O F SYNTHET IC CRY STA LS
V o.l 34 N o. 4 A ugust, 2005
CdS薄膜中 白斑 的研究
薛玉明, 孙 云, 周志强, 孟广保, 汲明亮, 郑贵波, 李长键
( 南开大学光电子薄膜器件与技术研究所, 天津 300071 )
图 1 镉盐 、铵盐分别为氯化镉、氯化铵时 沉积的 CdS薄膜的 SEM 图
生长的附属物。图 2所示的是 CdS 薄膜 白斑 的高分 F ig. 1 SEM m icrog raphs of the CdS th in film depo sited by
辨率 SEM 图, 图 2 ( a) 为 CdS 薄膜的整体形貌图; 图 2
CBD 法制备 CdS薄膜所需要的化学反应物包括硫脲、氨水、镉盐和铵盐等。其中的镉盐和铵盐又分好 几种: 氯化镉、氯化铵, 乙酸镉、乙酸铵, 硫酸镉、硫酸铵等。本文分别采用氯化镉、氯化铵, 乙酸镉、乙酸铵来 制备 CdS薄膜, 并对这两种工艺做了对比, 旨在改进 CBD法制备 CdS薄膜的工艺。
2实 验
收稿日期: 2004 09 30 作者简介: 薛玉明 ( 1971 ) , 男, 山西省人, 博士。 E m ai:l orw el lx@ m ai.l nanka.i edu. cn
第 4期
薛玉明等: CdS薄膜中 白斑 的 研究
62 1
CdS薄膜属于 II V I族化合物半导体。具有两种晶相结构: 六方相 ( 具有纤锌矿型结构 ) 和立方相 ( 具有闪锌 矿型结构 ); 直接带隙半导体, 室温时禁带宽度为 2. 42eV; 该材料密度 4. 84g / cm3, 熔点 1750 。 C IS电池中 由于 ZnO带隙为 3. 2eV 同时, 而 CIS带隙为 1. 02结界面失配, 缺陷态较多, 制约着电池光电转换效率, 而在它们之间增加一层很薄的 CdS 膜 ( 50nm 左右 )作为缓冲层可以解决这一问题。对于如此之薄的过渡层, 用蒸发法制备很难保证其完整和致 密, 而化学水浴法 ( CBD法 )制备的 CdS薄膜可以做到这一点。目前由美国 NCPV /NREL 创造了 C IGS太阳 电池最新世界记录 19. 3% [ 1] , 其电池的缓冲层就是用 CBD 法制备的 CdS薄膜。
放大倍数小时, 白斑 虽小, 但是却比放大倍数大时显得
更多。因此, 仅为了观察薄膜中 白斑 的存在与否、量的
多少时, 采用放大倍数小的 SEM 图效果更好。
CBD 法制备的 CdS薄膜中的 白斑 , 以前一直存
在, 只是被误认为是薄膜表面上的灰尘而未进行研究。 实际上 白斑 是在 CBD法沉积过程中与 CdS薄膜同时
Abstract: T his paper researches wh ite flecks in CdS thin f ilm s. The CdS th in film sw ere deposited from a chem ical bath contain ing th iourea, amm onia, cadm ium sa lt and am in ium salt using CBD technique. Tw o k inds of cadm ium sa lts and am in ium salts w ere used to deposite CdS thin f ilm s: cadm ium chloride and amm on ium ch lor ide, cadm ium acetate and amm on ium acetate. T he CdS th in film s w ere character ized by SEM for their surface m o rpholog ies and EDX for the ir compositional analyses. There w ere a lo t o f wh ite flecks in CdS th in film s w hen cadm ium chloride and amm on ium ch lor ide w ere used to deposite CdS th in film s. The composition of the w hite flecks is not CdS but ( CdC l) 2S. Increasing amm on ia concentra tion is ab le to reduce the wh ite f lecks greatly, but not rem ove them com plete ly. T he CdS th in film sw ere un iform and sm ooth, and there w ere no wh ite f lecks in them at all when cadm ium acetate and amm on ium acetate w ere used to deposite CdS th in film s. T herefore, it is cadm ium acetate and amm on ium acetate that shou ld be used to deposite CdS th in film s. K ey w ord s: CBD m ethod; CdS; w hite flecks
过量的, 使得薄膜中 Cd含量偏大; ( 2) 无 白斑 处, 即正常薄膜的 Cd / S几乎等于 1, 具有非常理想的配比。
6 22
人工 晶体学报
第 34卷
F ig. 2
图 2 CdS 薄膜中 白斑 的 SEM 图 SEM m icrographs o fw hite flecks in the CdS th in film s: ( a) surface mo rpho log ies of the CdS thin film s; ( b), ( c) and ( d): surface m orpho log ies of three kinds of w hite flecks in the CdS th in films