实验等多个文件预习报告

1、一文献综述1.1 Sb2S3 背景能源是人类社会发展的动力，传统能源在推动人类文明进步的同时，也带来了许多等问题，如全球能源短缺、生态环境污染，迫使着世界各国及各界科学人士寻找洁净、廉价、可持续的新能源。开发新能源的有效途径之一是寻找廉价、环境稳定性好、且具有良能的材料。Sb2S3 作为硫族化合物中一种重要的直接带隙半导体材料，具有独特的光电特性，如良好的光敏感性、较高的热电性。因此，在微波器件、热电冷却设备、能电池及光电探测器等光电器件有着重要的应用。此外，Sb2S3 无毒、储量丰富且究前景。成本低，越来越的研1.2 Sb2S3 性质与结构室温条件下，Sb2S3 能带间隙为 1。7l。8eV

2、，覆盖了大部分光的光谱波长范围，且具有较高的光敏感性，对波长小于 900nm 的光有比较强的吸收，吸收系数最高可达 1。8105 cm-1 (450 nm)。自然界中 Sb2S3 存在于辉锑矿中，属正交晶系，下图为其晶体结构图。Sb2S3 具有层状结构，层内是由平行于 C 轴的无数的链单元（Sb4S6)n 组成，其中含有两种形式的 Sb 原子（Sb1、Sb2），以及三种状态的 S 原子(S1、S2、S3 )， S1 的化合价为 2-，S2、S3 的 3。在层内，二价的 S1 原子和一种三价的 S2 原子通过强的共价键与 Sb1 原子相连，这种强共价键使得 Sb2S3 晶体易沿着链的方向生长。而

3、在层间，另一种三价的 S3 原子通过较弱的力与另一平行链上的 Sb2 原子相连，这种弱的力易使晶体在沿着层的方向裂开，即沿着001面裂开。目前，Sb2S3 最热门的一个研究方向就是用作无机窄带系半导体固体分子能电池的吸收层，Sb2S3 基固态能电池的效率达到 5%，这与电池的效率接近，这引起了人们对无机窄带系半导体能电备的池（ETA-extremelythin absorber solar cell）的关注。ETA 电池采用方能电池，可以增加电池对可见光谱的吸收，很大程度上提高了对可见光的利用率。此外，因其特性，因此逐渐受到的重视。ETA 电池结构：ETA 电池主要包括以下几个组成部分：透明的

4、导电基底（如导电玻璃）、工作电极、吸收层、空穴传输层和对电极等组成。无化吸收层通常采用窄带隙的半导体吸光材料。窄带隙半导体材料具有较窄的禁带宽度，可以降低带隙，拓展半导体材料对光的响应，同时，吸收层将 n 型半导体与 p 型半导体分隔开，可以抑制光生电子和空穴的复合，提高光电转换效率。目前己对一系列的半导体进行了实验，如 CdS，CdSe，PbS，CdTe，CulnS2，Bi2S3，In2S3，Sb2S3 等。许多文献以无机窄禁带半导体取代传统 sscs 中的有机了无机窄禁带固体，这种电池通过结合能电池，电池 DSSCs、无机固态电池 OSCs 的优点，同时克服了和有机固态电池 OSCs 的不

5、稳定的缺点，开辟了一个新方向。电池 DSSCs 的漏电高功率、低成本电池的上表列出了各窄带隙半导体材料，沉积方法及用其的电池种类和最高效的电池的转换效率可率，从中可以看到，Sb2S3 的效果最为突出，用其达 5%。与传统的 p-n 结电池相比，半导体薄膜将 p 型与 n 型半导体分离，光生电子空穴在分离的相中运动，降低了电荷复合的几率，有利于电池转化率的提高。同时，与有机相比，使用过程中，无机窄禁带半导体电池具有成本低，长以及稳定性好。吸收层极薄，可使电荷快速分离。二、实验目的1.了解 Sb2S3 薄膜能电池的工作原理；2.独立出 Sb2S3 薄膜，并初步组装出电池器件；3.学会薄膜光电性能的

6、表征方法，掌握其分析的基本知识；4.掌握实验数据处理方法，并能利用 Origin 绘图分析。对实验数据进行处理和三、实验原理化学浴沉积（Chemical Bath Deition）是以金属无机化合物调配溶液，然后将经过表面活化处理的衬底浸在沉积溶液中，不外加电场或其他能量，在常压低温环境下通过控制反应物的络合和化学反应，在衬底上成核生长沉积薄膜。化学浴沉积相比其它薄膜技术具有以下优点:（1）不需要昂贵的反应设备，只需一个带有磁转子的加热板，沉积费用降低，能源消耗少;（2）引起始反应物均为简单无机化合物，价格便宜，容易获得；（3）衬底选择范围宽，玻睛，等绝缘体或半导体作为衬底；（4）沉积在低 1

7、00的低温下进行，有效避免液相对金属衬底的氧化和腐蚀；（5）反应基团为离子，容易沉积制得到无针孔，均匀一致的薄膜；（6）反应的参数容易控制，通过控制反应参数可以获得良好的微粒结构和方向性，薄膜厚度与形貌可控；（7）具有与村底全面接触，可以在衬底任意曲面的内外侧进行沉积。性的沉积液能学组分设计采用化学浴沉积法，以硫脲作为硫源CdS 薄膜，分析其反应机理。以硫脲作为硫源，CdSO4 为金属镉源（氨水为其溶剂），在 65C 水浴锅中沉积 20min，获得 CdS 薄膜。采用化学浴沉积法，以硫代硫酸纳作为硫源理。Sb2S3 薄膜，分析其反应机以硫代硫酸纳（TS）作为硫源，同时又作为络合剂，SbCl3

8、为金属锑源（丙酣为其溶剂），在低温（0C）水溶液中沉积 2h，获得 Sb2S3 薄膜。五理论计算和实验过程5.1 CdS 薄膜的步骤将水浴锅的温度设定为 65C 并运行，此前确保水浴锅的水位在 5-7cm；洗一个 50mL 烧杯和四个量筒外加一个磁砖子备用，同时准备若干个长瓶子和基片洗净、烘干备用；取 14.7mL 的去离子水，2.5mL 的氨水和 2mL 15mM 硫酸镉溶液于 50mL烧杯中进行搅拌；取 1mL 1.5M 的硫脲加入上诉混合液中搅拌 1min；将混合好的溶液用滴管均等的转移到若干个长瓶子中并放在 65C 水浴下预热 1min30s，然后分别将洗好的基片放入到瓶子中斜靠在瓶壁

9、上进行薄膜生长。（20min）；取出后，用大量的自来水冲洗后再用去离子水冲洗，表面的沉淀物冲洗掉，然后吹干备用；取斜向下的面为生长面，将另一面用稀盐酸擦去。5.2 Sb2S3 薄膜的步骤将生长完硫化镉薄膜的样品放在干净的长玻璃瓶（40ml）里备用，用量筒量取 14.5ml 的去离子水装载长瓶子里；量取 5ml 去离子水装在长瓶子里，并用电子天平称取 1.24g 五水合硫代硫酸钠，倒进装有 5ml 去离子水的瓶子里，摇晃使其溶解；（3）再用移液枪移取 500ul 的瓶子，再称取 0.13g 三氯化锑倒进瓶子里，摇晃使其溶解（此过程要快速，减少三氯化锑的水解）；（4）将上述三个药品浸没在冰水中，等待 15 分钟；（5）将溶有五水合硫代硫酸钠的溶液用摇晃使其充分混合；吸管吸取进入三氯化锑溶液，再将 14.5ml 的去离子水全部转移到装有三氯化锑的容器中，同样摇晃使其混合均匀；将刚才配好的溶液全部转移进装有基片的瓶子，然后将瓶子放在一个安全的位置，在 0C 下进行生长（2h）。后续步骤将生长完薄膜的样品放入干燥箱干燥一晚上。取出样品，并在 300C 退火 5min；取出样品，真空蒸镀铝；用两根铜线引出样品的正负