化学水浴法制备In2S3薄膜的组织和性能分析

1、化学水浴法制备In2S3薄膜的组织和性能分析 采用化学水浴(CBD) 法在InCl3.4H2O 和CH3CSNH2 的酸性混合溶液体系中分别通过改变pH 值、溶液nIn: nS 浓度比及溶液温度参数依次制备In2S3 薄膜，并通过X 射线衍射、扫描电镜及紫外/ 可见/ 近红外分光光度计等手段系统研究不同工艺下制备In2S3 薄膜的晶相构造、表面形貌及光学性能。研究发现: 溶液pH 值对制备In2S3 薄膜有很大的影响，在pH 为1.8制备的In2S3 薄膜性能较好；溶液nIn: nS 浓度比影响薄膜的致密性，在1B4 时相对较好；CBD 法制备薄膜最正确溶液温度为80 。在优化工艺参数下制备的

2、In2S3 薄膜可见光透过率在90%以上，禁带宽度为2.72eV，能够满足CIGS太阳能电池缓冲层薄膜的要求。 铜铟镓硒(CIGS) 薄膜太阳能电池具有成本低、光电转化率高、性能稳定等优异的性能，使其成为最有发展前景的光伏电池之一。CIGS 薄膜太阳能电池的典型构造为: 衬底/Mo/CIGS/ 缓冲层/ ZnO/ZAO/MgF2。其中缓冲层在低带隙CIGS 吸收层与高带隙ZnO 窗口层之间形成过渡，减少两者之间的带隙台阶与晶格失配，对改善CIGS 薄膜太阳能电池pn 结质量有重要的作用。目前采用CdS 为缓冲层的CIGS 薄膜太阳能电池效率已到达20.3%。然而，由于Cd 对环境的污染等不利因

3、素限制了电池的大面积使用，因此研究开发高效的无Cd 缓冲层材料替代CdS 是缓冲层发展的主要方向。 In2S3 是III-VI 族化合物半导体，性能稳定且无毒，有良好的光电性能，可取代CdS作为CIGS薄膜太阳能电池的缓冲层。制备In2S3 薄膜的方法主要有超声喷雾法、溅射法、原子层沉积法等，这些技术制备的薄膜虽然质量好，但成本高、设备复杂。而化学水浴(CBD) 法具有设备简单、成本低、易于大面积成膜等优点，而且在制备过程中对CIGS 吸收层表面有修复的作用。因此，本文采用CBD 法通过改变溶液pH 值、nIn: nS 浓度比及温度参数制备不同的In2S3 薄膜，系统研究不同工艺下制备In2S

4、3 薄膜的晶相构造、表面形貌及光学性能，以期为In2S3 薄膜的低成本CBD 制备工艺提供指导。 1、实验材料与方法 本实验采用CBD法在InCl3.4H2O，CH3CSNH2(TAA) ，CH3COOH( AC) 混合溶液中制备In2S3 薄膜,所用的药品均为分析纯。衬底为20 mm 30 mm 1mm 的玻璃片，将衬底依次用丙酮、乙醇分别超声清洗12 min，再用去离子水冲洗后放在保温箱里面烘干。在恒温磁力搅拌器下将配置好反应溶液的小烧杯放入一定温度的恒温水浴槽，衬底竖直固定于反应溶液内，烧杯口用铝纸密封，在磁力搅拌下待溶液反应完全后取出，用去离子水去除表面杂质，再用N2 吹干。 采用Br

5、uker 公司的D8 ADVANCE 型X 射线衍射(XRD) 仪分析薄膜的晶相构造，用FEI 公司的QuantaFEG450 型场发射环境扫描电子显微镜(SEM)分析薄膜的表面形貌，用PerkinElmer 公司的Lambda750(S) 型紫外/ 可见/ 近红外分光光度计(UV/ Vis/NIR) 测试薄膜的透过率,并根据Tauc 关系式计算薄膜的禁带宽度。 结论 (1) 溶液pH值对CBD法制备In2S3 薄膜有很大的影响，在pH= 1.8 条件下得到的In2S3 薄膜结晶较好，呈纤维状的立方相构造。 (2) 反应溶液nInBnS的配比影响In2S3 薄膜的致密性；在nInBnS= 1B4 时沉积的In2S3 薄膜相对较好。 (3) 溶液温度较低时，In2S3薄膜结晶性较差；温度较高时，结晶程度也有所下降，80 为制备n2S3薄膜的最正确温度。 (4) 采用