化学浴沉积法制备ZnS薄膜.doc

 第 30卷第 3期 2006年 6月 南昌大学学报 (理科版 ) Jou rna l of N anchang U n ive rsity (N a tu ra l Sc ience) Vo l. 30 No. 3 J un. 2006 文章编号 : 1006 - 0464 ( 2006 ) 03 - 0279 - 04 化学浴沉积法制备 ZnS薄膜 王应民 1 , 2 ,张 萌 1 3 ,徐 鹏 1 ,刘洋文 1 ,李 禾 2 ,徐 飞 1 ( 1. 南昌大学材料科学与工程学院 ,江西 南昌 330047; 2. 南昌航空工业学院材料科学与工程学院 ,江西 南昌 330034 ) 摘 要 :太阳能薄膜电池的 ZnS缓冲层一般是采用化学浴沉积法制备 。制备 ZnS缓冲层过程中 ,采用氨水为主络 合剂 ,水合肼为辅助络合剂 ,通过添加少量的分散剂丙三醇 ,调节沉淀团簇的大小 ,改善 ZnS薄膜质量 。薄膜结构 和表面组织形貌分 别 采 用 X 射 线 衍 射 仪 测 试 和 高 性 能 光 学 显 微 镜 观 察 。研 究 结 果 表 明 : 在 优 化 配 方 ( ZnSO4 0. 007 5 mo l /L; SC (NH2 ) 2 0. 007 5 mo l /L;氨水 0. 44 mo l /L; 水合肼 0. 3 mo l /L ) 下 ,反应温度 75 ℃和沉积时间 60 m in时 ,得到的缓冲层光亮 、平整 。 XRD 衍射分析结果表明缓冲层主要成分为 ZnS,存在少量 Zn (OH ) 2 。 关键词 :化学浴沉积法 ; ZnS薄膜 ; XRD 中图分类号 : O414124; TP21212 文献标识码 : A 在 太 阳 能 薄 膜 电 池 中 广 泛 应 用 的 缓 冲 层 是 CdSe[ 1 ]和 CdS [ 2 - 3 ] , 大 多 是 采 用 化 学 浴 沉 积 法 制 备 。但是在沉积 CdS缓冲层过程中 产生 大 量的 含 Cd废水 ,对环境污染较大 ,同时太阳能电池的回收 后处理也比 较困 难 , 所以 人 们 纷 纷 开 始 研 究 无 Cd 缓冲层 , 特 别 是 以 Cu ( In, Ga ) Se2 基 太 阳 能 电 池 。 开动搅拌器 ,约 1 m in后加入水合肼 ,然后缓慢加入 氨水 ,直到溶液清亮 。与此同时另取烧杯 B 放入水 浴箱中 ,加入精确量的硫脲 ,加入适量蒸馏水溶解 , 待烧杯 B 中的硫脲全都溶解后 ,将烧杯 B 中溶液加 入到 A 杯中 ,并用相同温度的蒸馏水 , 调节溶液体 积为 100 mL。在反应过程中 ,需加入少量的氨水 , 使溶液保持在 pH = 10 左右 ; 在反应过程中为防止 大的团簇颗粒的沉积 ,添加少量分散剂丙三醇 ,控制 沉淀团簇的大小 ,使反应的 ZnS颗粒较为细小 ,这样 保证沉积薄膜均匀 、平整 。到达沉积时间后 ,取出试 样 ,清洗 ,晾干 , 250 ℃退火 4 h。 现在已经发现 ZnS[ 4 - 5 ] 可以替代 CdS,在 ZnO / ZnS / [ 6 ] Cu ( In, Ga) Se2 电池 中充当缓冲层 ,而且 ZnS禁带 宽度比 CdS更宽 [ 7 ] 。对太阳光基本不吸收 ,这样可 以使更多的高能量光子被传送到电极上 ,提高了电 池光电转换效率 。单民瑜 [ 8 ]采用微乳液法获得 ZnS 纳米颗粒 ,方珍意 [ 9 ] 等对不同的制备工艺 ZnS进行 比较 ,但他们均不是应用在太阳电池器件上 。 采用化学浴沉积法沉积 ZnS缓冲层 ,一般使用 氨水 、氨水和水合肼作为锌离子的络合剂 ,本研究采 用氨水为主络合剂 ,水合肼为辅助络合剂 ,进一步控 制溶液中游离的 锌 离子 浓度 , 降 低 ZnS 沉积 速率 。 在反应过程中添加少量的分散剂丙三醇 ,调节 ZnS 沉淀团簇的大小 ,得到了颗粒比较小 ,分布比较均匀 的 ZnS缓冲层 。 图 1 实验装置示意图 1 实验过程 首先将 A 杯放入水浴箱 ,超声清洗好的玻璃衬 底垂直放入 A 杯中 ,放置方法如图 1 所示 。加热水 浴箱到预定温度 , 先往烧杯 A 中加入 ZnSO4 溶液 , 2 实验结果与讨论 211 溶液组成对沉积的薄膜表面性能的影响 选择了以下几个实验配方制备 ZnS缓冲层 ,溶 液体积保持在 100 mL ,溶液组成表 1 所示 : 收稿日期 : 2005 - 03 - 10 基金项目 :江西省材料中心基金资 助项 目 ( ZX200401007 , KG200201013 ) ; 江 西 省 教 育 厅 科 学 研 究 资 助 项 目 (赣 教 技 字 [