La摻雜對CdS薄膜性能的影響
采用化學(xué)水浴法在玻璃襯底上制備了純CdS薄膜和稀土La摻雜的CdS薄膜,在氮氣氣氛中對薄膜進(jìn)行熱處理。結(jié)果表明,未摻雜樣品為立方閃鋅礦CdS,La摻雜后衍射強(qiáng)峰仍為立方閃鋅礦(111)晶向,但出現(xiàn)了微弱的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu),而且增強(qiáng)了短波光和近紅外光的透過率,禁帶寬度明顯減小,同時La的摻入促進(jìn)S元素百分含量的增加,使Cd/S更接近化學(xué)計量比。
關(guān)鍵詞： CdS薄膜;稀土La摻雜;化學(xué)水浴法;光學(xué)特性
基金項目: 內(nèi)蒙古高�？萍柬椖�(批準(zhǔn)號:NJ09006)資助課題
CdS 是II- IV 族直接帶隙化合物半導(dǎo)體材料, 禁帶寬度約為2. 42 eV。CdS 具有優(yōu)良的光電性能,廣泛用于傳感器、光探測器、激光材料、光波導(dǎo)器件和非線性集成光學(xué)器件等領(lǐng)域, 同時CdS 具有很高的透光率和較大的電導(dǎo)率, 常被用于CdS/ CdTe 和CdS/CuInSe2 太陽電池的窗口層和緩沖層。目前,CdS 薄膜的制備方法很多, 如化學(xué)水浴法、化學(xué)氣相沉積法、溶膠-凝膠法、真空蒸發(fā)法、濺射法等, 由于化學(xué)水浴法設(shè)備簡單、條件容易控制, 且其制備方便、廉價和適合大規(guī)模生產(chǎn)等特點, 成為制備薄膜及其硫族金屬化合物的首選方法。
目前, 實驗中發(fā)現(xiàn)厚度小于100 nm 的CdS 薄膜可以增強(qiáng)短波光的透過率, 但太薄的CdS 會出現(xiàn)針狀微孔導(dǎo)致吸收層與導(dǎo)電玻璃直接接觸, 從而影響電池的穩(wěn)定性。稀土元素具有特異的電子結(jié)構(gòu)、豐富的電子能級, 有研究表明, 摻雜適量的稀土元素可以改善半導(dǎo)體材料的性能 , 因此希望通過摻雜稀土元素使CdS 薄膜厚度適中而不影響其透過率。采用稀土硝酸鹽作為摻雜源, 使用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)配比, 通過化學(xué)水浴法制備La 摻雜的CdS 薄膜, 并對其進(jìn)行X 射線衍射、X 射線光電子能譜和紫外可見光吸收測試, 分析摻入稀土元素La 對CdS 薄膜光學(xué)及其它性能的影響。
采用化學(xué)水浴法在玻璃襯底上制備摻La 的CdS 薄膜, 經(jīng)350 度 , 40 min 熱處理, 薄膜衍射強(qiáng)峰仍為立方閃鋅礦( 111) 晶向, 摻La 后并沒有改變其物相結(jié)構(gòu)和擇優(yōu)取向, 但衍射峰強(qiáng)度降低且出現(xiàn)了微弱的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。同時摻雜使薄膜的晶格常數(shù)增加, 晶粒尺寸減小。La 的摻入減小了薄膜的光學(xué)帶隙, 增強(qiáng)了短波和近紅外波段的透過率, 使S 元素的百分含量增加, 薄膜中Cd 與S 的比更接近化學(xué)計量比。
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