刘高斌[1]2003年在《硫化镉薄膜的性质及应用研究》文中提出新材料在未来科学技术的发展中起着非常重要的作用，它将促进科学技术的迅速发展，增强国民经济实力，提高人们的日常生活水平。尤其是光电子信息材料的研究发展，更是举足轻重。硫化镉是一种应用广泛的光电子信息材料，从事该方面的研究工作，将会促进我国光电子技术及其应用的发展，同时对我国国民经济的发展也具有重要意义。文中详细介绍硫化镉薄膜材料的制备方法、研究现状和应用。还介绍了CBD (chemical bath deposition) 法制备CdS薄膜的方法、后期处理以及沉积条件与CdS薄膜生长的关系。理论上分析和探讨了CBD-CdS薄膜的生长机理，提出了基于中间络合物吸附与分解的机理理论。该理论能够很好地解释薄膜的生长现象和预测薄膜在不同条件下沉积的性能。文中还详细阐述了CBD-CdS薄膜样品性能的分析和测试。总结起来得到了下列一些结论：(1) CBD法制备CdS薄膜是利用镉盐和硫脲在碱性溶液中进行络合分解反应，产生硫化镉沉积到衬底上，从而得到硫化镉薄膜。该方法所用设备简单，能够实现低温沉积和大面积沉积。制备的CdS薄膜均匀、致密、覆盖度好、薄膜的物理性质优良。(2) 实验条件都可能要影响到CBD-CdS薄膜的生长。通过实验和理论分析得到了制备CBD-CdS薄膜的最佳条件，即初始[SC(NH2)2] /[CdCl2]约大于1.5；氨的浓度为0.1～3M，而NH4Cl的浓度改变是从0.01M到0.1M。反应溶液温度变化范围为60－90℃；溶液的pH值约是10~12，沉积时间一般是20~30min。关于薄膜生长的研究在现阶段具有一定的创新性。(3) 超声搅拌和减慢CdCl2和硫脲溶液的混合，以及后期处理对薄膜的性能有很大的改善。例如可以消除薄膜沉积中的胶体吸附使薄膜的变得更致密、均匀，促进CdS在玻璃衬底上发生异质反应，减少溶液中均相反应产生CdS颗粒。(4) 经过XRD、GAXRD、SEM和UV等分析研究，发现CdS薄膜的晶体结构与沉积条件无关，但薄膜的表面形貌和带隙可能要受到氨浓度、pH、温度和沉积时间的影响。沉积条件还影响到CdS薄膜的电学和光学性质。(5) 硫化镉薄膜具有多种特殊功能，可以制作光伏器件、传感器、发光器件、光学集成和储存器等。
王现利[2]2009年在《CdS薄膜的水浴法制备及表征》文中研究说明薄膜太阳能电池作为一种新的能源材料正在得到迅速的发展和进步,CdS多晶薄膜太阳能电池由于具有成本低廉、性能稳定、工艺简单等特点受到了广泛重视。其中,CdS薄膜既作为CuInGaSe多晶薄膜太阳能电池p-n结的n型材料,也作为电池的窗口层,其质量直接影响薄膜的制备,更重要的是影响电池的光电转换效率及其寿命。本文采用化学水浴法沉积CdS薄膜,探讨了成膜溶液的温度、pH值、反应物浓度(包括硫脲及硫酸镉浓度)等条件对CdS薄膜质量的影响,并对薄膜进行不同条件的热处理,着重研究低温下CdS薄膜的制备。经XRD、SEM、霍尔效应测试等多种分析方法对退火前后样品的形貌、结构和性能进行了分析,得到以下结果:经过后期退火处理后,薄膜的性能有所改变。退火后,CdS薄膜的晶体结构不会改变,透过率由80%降低至70%左右,禁带宽度由2.70eV降低到2.55eV左右,薄膜表面形貌均匀、致密,晶粒颗粒呈圆形,薄膜透过率下降。经CdCl2退火处理后的CdS薄膜的掺杂浓度升高,透过率曲线在禁带宽度附近得到了明显的改善。由XRD分析可以确定CdS薄膜沿着(111)方向高度择优取相,属于立方相结构,退火处理不会改变晶体结构,说明CdS薄膜部分重结晶,并未发生相变。在沉积CdS薄膜的过程中,沉积时间超过30分钟时,硫化镉薄膜厚度不再发生变化。在沉积时间为24分钟时,CdS薄膜厚度达到最大156nm,此后膜厚将不会改变。当沉积温度为75℃;PH值为9.381;CdSO4浓度是0.004mol/L、硫脲浓度是0.10 mol/L、NH4Cl浓度是0.04mol/L时,得到均匀、致密、附着力较强、光电特性良好的CdS薄膜。
潘维[3]2006年在《CdS薄膜光电化学电池及其离子识别特性的研究》文中研究表明光电化学电池近几十年在光解水、燃料电池、光电转换等方面的研究取得了巨大的进展,特别是近年来染料敏化太阳能电池的成功,让人们看到了低成本、高效率太阳电池的希望。而硫化镉是一种在异质结薄膜太阳电池方面有着广泛研究和应用的光电子信息材料。本文创新性的提出了利用光电化学电池识别和检测离子的方法。由于光电化学电池的性能受制于其电解质溶液的类别和组成,不同的离子将引起光电化学电池性能不同的变化。这种识别和检测离子的方法具有灵敏性高、响应迅速的特点。其抗干扰能力有待进一步提高。文中详细介绍了光电化学电池的原理、应用和研究现状,以及CdS薄膜材料的制备方法和研究进展。研究了CBD(Chemical Bath Deposition)法制备CdS薄膜以及沉积条件与CdS薄膜生长的关系,从理论上分析和探讨了CBD法沉积CdS薄膜的生长机理。在此基础上制备了电解质溶液可流通的CdS薄膜光电化学电池。测得最大光电流达到微安级。电解质溶液可流通的设计可以迅速地改变电解质溶液的组成,方便考察电解液中不同物质对光电化学电池性能的影响。实验中发现此光电化学电池对
丛家铭[4]2014年在《柔性CdTe薄膜太阳能电池中CdS的制备与表征》文中认为柔性碲化镉薄膜太阳能电池是一种IIB-VIA族化合物半导体薄膜太阳能电池,理论效率高达28-29%,其中硫化镉薄膜作为电池的窗口材料,具有很高的透过率、良好的光电导以及合适的费米能级,非常具有研究的潜力。本课题主要进行了柔性聚酰亚胺衬底上生长窗口材料CdS薄膜的研究工作。首先,采用了磁控溅射法制备CdS薄膜,研究了不同溅射压强、衬底温度、溅射功率以及退火温度和时间对CdS薄膜形貌、晶体结构以及光学性能的影响；其次,用化学水浴法制备CdS薄膜,研究了不同生长条件对CdS薄膜的影响；最后,将磁控溅射法得出的实验参数运用到了电池组件的制备并进行了性能测试,结果如下：1、通过对磁控溅射法制备的CdS薄膜测试分析后得到,当溅射气压为1.0Pa、衬底温度为300℃、溅射功率为35W时,原位溅射的CdS薄膜特性相对最好,薄膜表面形貌均匀、致密,晶粒发育完全,晶体的相结构单一,在550nm-850nm范围内平均透过率达到73%,进而,对所制备的CdS薄膜进行10min、380℃退火,晶粒发生再结晶现象,膜面更加平整,同时平均透过率有所提高,此时,CdS薄膜各项性能处于最佳状态。2、通过对化学水浴法制备的CdS薄膜测试分析后得到,当CdSO4浓度为0.015mol/L、 SC(NH2)2的浓度为0.75mol/L,氨水的浓度为1.8mol/L,水浴温度为85℃,水浴时间为10min,退火时间及退火温度分别为10min和380℃时,所制备CdS薄膜各项特性相对最佳,膜面均匀且无宏观缺陷,在550nm-850nm范围内平均透过率为50%左右。3、通过对比发现,磁控溅射法制备的CdS薄膜各项特性均优于化学水浴法所制备的CdS薄膜,因此,结合磁控溅射法制备CdS薄膜的最佳实验参数,进一步完成了电池组件的制备,最终得到了开路电压为0.7548V、短路电流为0.0012A、填充因子为55.3%,效率为6.5%的柔性CdTe薄膜太阳能电池。
孙鹏飞[5]2015年在《Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池缓冲层的制备及性能研究》文中提出随着现代化工业进程的加快，人们对传统化石燃料需求逐渐增多，环境问题日益严重，所以我们迫切需求一种清洁能源来代替传统化石燃料。在众多绿色能源中，太阳能是一种非常有发展前景的清洁能源，而太阳能电池则能将光能转化为电能。近年来，Cu2ZnSnS4（CZTS）四元化合物因为其制备成本低廉，各含量元素无毒无害以及吸收系数较高（>104cm-1）等优点成为了炙手可热的薄膜太阳能电池吸收层材料。为了与P型的CZTS形成P-N结从而分离光生载流子，需要在其表面制备一层N型的半导体薄膜。CdS薄膜是目前被广为利用的n型半导体薄膜。化学水浴法（CBD）由于其制备条件温和，设备成本较低且能大面积的制备性能优良的半导体薄膜，因此目前大多数研究小组都采用CBD方法生长的CdS薄膜与吸收层形成异质P-N结来制备高性能的薄膜太阳电池。本论文借鉴课题组在太阳电池吸收层和窗口层材料研究中的众多经验，开展了铜锌锡硫薄膜太阳电池缓冲层CdS材料的研究。本论文中采用CdSO4、CS(NH2)2、和NH4.H2O为反应试剂，利用化学水浴沉积方法（CBD，ChemicalBath Deposition）结合氮气气氛下后期热处理方法，在玻璃衬底上制备了N型的CdS半导体薄膜，利用X射线衍射（XRD)、扫描电子显微镜（SEM)和紫外-可见吸收光谱等测试技术，研究了叁种反应试剂各反应离子的浓度，酸碱度，沉积时间，退火温度和时间对CdS薄膜晶体质量和物理性能的影响规律和机制，得到以下结论：（1）CdS薄膜生长过程中，当沉积时间为50min时，薄膜厚度达到最大值150nm之后，膜的厚度随沉积时间增加不再变化。（2）当沉积温度为65℃时，最有利于CdS六方晶体相的生长，形成的CdS薄膜致密均匀且可见光的透过率最高，随着沉积温度的升高，薄膜结晶性也有所提高，然而可见光的透过率却由原来的90%下降到65%左右，且禁带宽度变窄。（3）溶液酸碱度的变化对CdS薄膜的表面形貌有非常大的影响，当PH=9.824的时候，CdS薄膜的致密性最好。（4）退火处理有利于CdS薄膜的再结晶，但是却不会改变CdS薄膜本身的晶体结构，实验结果证明退火温度为350℃时薄膜再结晶效果最好。
江民林[6]2009年在《硫化镉薄膜的制备及其在铜铟镓硒薄膜太阳电池上的应用》文中指出CIGS(CuIn_(1-x)Ga_xSe_2)薄膜太阳电池因其较高的转换效率和相对较低的制造成本,越来越受到人们的关注。为了与p型的CIGS吸收层形成p-n结从而分离光生载流子,需要在其表面制备一层n型半导体薄膜。由于化学水浴沉积法(CBD,Chemial Bath Deposition)可以在温度较低的环境下在大面积的衬底上制备性能优良的半导体薄膜,且制造成本较低,因此目前大多数CIGS薄膜太阳电池研究实验室和组件厂商都采用CBD-CdS薄膜与CIGS吸收层形成异质p-n结以制备高性能的CIGS薄膜太阳电池。本文使用CdI_2、CS(NH_2)_2和NH4OH的混合溶液,分别在玻璃和CIGS衬底上制备CdS薄膜。通过改变以上叁种化学药品的加入量,以改变反应溶液中各离子的浓度。对所制备的CdS薄膜的表面形貌、晶体性质和光学性质进行测量,从而对薄膜生长的影响因素进行分析。在空气中对CdS薄膜进行不同温度下的退火,对退火前后的薄膜性质进行对比,以分析退火温度对薄膜性质的影响。实验结果表明,工艺条件的改变不仅会影响CdS薄膜的生长速率,对薄膜的性质也会产生不同程度的影响。由于本文主要对用于CIGS薄膜太阳电池中的CdS薄膜缓冲层的制备进行研究,因此本文创造性地根据CIGS薄膜太阳电池的转换效率对CdS薄膜的制备工艺进行优化,最后制备出最高转换效率超过14.8%的CIGS薄膜太阳电池(有效面积为0.36cm~2)。CBD-CdS薄膜的制备过程中会产生大量的废液,如果处理不当,会给环境带来极大的危害。本文首创性地对废液的回收利用进行了比较系统的研究。使用废液作为溶剂,加入不同量的NH_4OH溶液,分别在玻璃和CIGS衬底上制备CdS薄膜。实验结果显示,在经过沉淀之后的废液中加入适量的CdI_2、CS(NH_2)_2和NH_4OH的混合溶液,制备出的CIGS薄膜太阳电池的性能与使用高纯水为溶剂所制备的CIGS薄膜太阳电池没有差别。
胡晓飞[7]2012年在《化学水浴法制备硫化镉薄膜的性能研究》文中进行了进一步梳理铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳电池因为其成本低、性能稳定、抗辐射能力强，高的光电转换效率，被视为最有前途的新能源。如何进一步降低生产成本，提高转化效率成为人们的研究重点。研究发现，高效的CIGS电池大多在窗口层和吸收层之间添加一个缓冲层。现在使用最多的缓冲层是CdS薄膜。本文采用化学水浴法在玻璃基底上制备CdS薄膜，经过不同的退火温度对CdS薄膜进行退火处理。采用扫描电镜（SEM），透射电镜（TEM），能谱仪（EDS），X射线衍射仪（XRD），分光光度计，X射线光电子能谱仪(XPS)来研究不同工艺条件对CdS薄膜性能的影响。在低温制备的CdS薄膜表面颗粒稀疏，当温度在80℃得到的薄膜表面颗粒致密、均匀。薄膜的结晶程度随着水浴温度的升高而增强，薄膜的择优取向明显。因为在低温下沉积的CdS薄膜表面稀疏所以具有较高的透过率。CdS薄膜经过退火后，薄膜表面的颗粒明显长大，变得更加致密。450℃退火后薄膜的表面颗粒局部长大,有大量的白色聚集物。随着退火温度的升高，衍射峰更加明显，衍射峰的半波宽变小，颗粒的尺寸变大，为立方多晶结构。CdS薄膜经过退火后，光学性能得到明显改善，退火后的CdS薄膜中的氧元素的含量变化不大，硫元素缺失严重。改变硫脲浓度对CdS薄膜表面形貌没有太大影响，在硫脲浓度浓度为20mM时，在2θ=26.5°时存在（111）衍射峰。随着硫脲浓度的增加，透过率都在70％左右。当没有醋酸铵时，得到的几乎不是薄膜形态。醋酸铵浓度在2mM时主峰很尖锐，半峰宽很窄。当醋酸铵的浓度为4mM时，CdS薄膜的透光率相对比较低。随着pH值的增加，CdS薄膜颗粒尺寸变大，均匀性变差。pH值为11.6的时候，在2θ=26.5°时存在（111）衍射峰。不同工艺制备的CdS薄膜禁带宽度值都高于理论值2.42（eV)。
夏兰[8]2007年在《CdS/CdTe太阳能电池中CdS薄膜的制备及其特性研究》文中认为薄膜太阳能电池作为一种新的能源材料正在得到迅速的发展和进步,CdS/CdTe多晶薄膜太阳能电池由于具有成本低廉、性能稳定、工艺简单等特点受到了广泛重视。其中,CdS薄膜既作为CdS/CdTe多晶薄膜太阳能电池p-n结的n型材料,也作为电池的窗口层,其质量直接影响CdTe薄膜的制备,更重要的是影响电池的光电转换效率及其寿命。制备CdS多晶薄膜的方法很多如,电沉积法(ED)、近空间升华法(CSS)、丝网印刷法(SP)、分子束外延(MBE)、物理气相沉积法(PVD)、溅射法和化学水浴法(CBD)等。其中,化学水浴法工艺简单,成本低廉,且易于实现大规模生产,因而受到人们的广泛重视。本文亦采用化学水浴法沉积CdS薄膜,探讨了成膜溶液的温度、pH值、反应物浓度(包括硫脲及NH4Cl浓度)等条件对CdS薄膜质量的影响,并对薄膜进行不同条件的热处理,着重研究低温下CdS薄膜的制备。经XRD、UV、AFM、电容-电压测试等多种分析方法对退火前后样品的形貌、结构和性能进行了分析,得到以下结果:经过后期退火处理后,薄膜的性能有所改变。退火后,CdS薄膜的晶体结构不会改变,仍为立方相结构,透过率由80%降低至75%左右,禁带宽度由2.70eV降低到2.55eV左右,薄膜表面形貌均匀、致密,晶粒颗粒呈圆形,平均颗粒大小由0.2um增大到0.3um左右,掺杂浓度经退火处理后增大,数量级范围为1016-1018个cm-3。随着退火温度升高,薄膜透过率下降。经CdCl2退火处理后的CdS薄膜的掺杂浓度升高,透过率曲线在禁带宽度附近得到了明显的改善:与直接退火处理相比透过率曲线红移并且变得更加陡峭。综上所述,本文可以得到以下主要结论:1.由XRD分析可以确定CdS薄膜沿着(111)方向高度择优取相,属于立方相结构,退火处理不会改变晶体结构,说明CdS薄膜部分重结晶,并未发生相变。2.在沉积CdS薄膜的过程中,在沉积时间为15分钟时,CdS薄膜厚度达到最大60nm,此后膜厚将不会改变。3.当沉积温度为65℃;pH值为9.5;CdCl2、硫脲、NH4Cl浓度比为1:5:15时,得到均匀、致密、附着力较强、光电特性良好的CdS薄膜。4.本文只初步研究各种条件下退火对CdS薄膜性质的影响,但尚未找到最佳退火条件。
许修兵[9]2008年在《铜铟镓硒薄膜太阳能电池窗口层材料研究》文中研究表明能源短缺和环境污染是21世纪人类面临的重大问题,发展清洁能源取代传统化石能源成为解决这些问题的科学途径之一。水力发电、潮汐、核能和太阳能都是可再生清洁能源,有一定的发展空间。其中,太阳能作为一种不污染环境,又取之不尽的新能源无处不在,这使光伏发电成为新能源利用中重要的组成部分。当今光伏市场是以晶硅太阳能电池为主,由于硅太阳能电池采用高品质单晶硅作为原料,成本很高。再者,硅太阳能电池使用的硅片厚度约为350微米,对高品质单晶硅使用量明显增加,这也是硅太阳能电池的一个困境。因此,发展低成本、新型薄膜太阳能电池是未来光伏科技的必然趋势。薄膜太阳能电池无论是对原材料的需求,还是制作工艺都比硅太阳能电池成本低。在薄膜太阳能电池中,目前研究较多的有非晶硅薄膜、碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)等薄膜太阳能电池。CIGS薄膜太阳能电池是在玻璃或者其它廉价衬底上沉积6层以上化合物半导体和金属薄膜材料,薄膜总厚度约3～4微米,该电池成本低、性能稳定、抗辐射能力强,其光电转换效率高,被称为最有前途的廉价太阳能之一。尽管对该电池的研究已有很多,但从大规模商品化和实用化来看,还有许多问题需要解决,其中寻找与CIGS吸收层更加匹配的窗口层材料是实现商业化大规模生产必须完成的。本论文对太阳能电池窗口层材料——硫化镉(CdS)和氧化锌(ZnO)的制备方法和工艺做了详细研究,制备出高质量的适合CIGS太阳电池窗口材料,为实现CIGS薄膜太阳电池商品化奠定了基础。
赵静[10]2012年在《化学水浴法制备硫化镉薄膜的研究》文中研究表明CIGS薄膜太阳能电池因其转换效率高、成本低等优点，成为最具有发展潜力的一种太阳能电池。CdS薄膜作为CIGS薄膜太阳电池的缓冲层，可以改善CIGS/CdS/ZnO之间的界面状态，保护吸收层CIGS薄膜，对电池效率的提高起决定性的作用。CBD法可以在大面积的衬底上制备性能优良的CdS薄膜，且制造成本低，但是，目前对其成膜机理还不清楚，薄膜生长速率和前驱物利用率没有得到重视，只有少数学者对其做了研究。本文采用CBD法，以醋酸镉、硫脲、氨水和醋酸铵为反应物，在玻璃衬底上沉积CdS薄膜。通过分析CBD法制备CdS薄膜的成膜机理，可知其主要影响因素为醋酸镉、硫脲、氨水和醋酸铵浓度，反应温度和搅拌强度。因此设计了五水平六因素的正交实验，利用极差分析法，首先，分析了各工艺参数对薄膜的生长速率的影响规律及机理；其次，分析了各工艺参数对薄膜前驱物（醋酸镉、硫脲）利用率的影响规律。最后综合考虑薄膜质量和前驱物利用率两方面因素，确定最佳工艺参数，在此工艺下制备CdS薄膜，分析沉积时间长短对薄膜表面形貌、晶体性质和光学性质的影响。通过对成膜机理和实验结果的分析，得到以下结论：随着溶液中游离Cd2+和S2-浓度的增大，生长速率增大，薄膜的生长方式由离子离子机制向簇簇机制转变。各工艺参数对薄膜生长速率的影响机理各不相同。各反应物通过各种化学反应改变了溶液中游离Cd2+和S2-浓度；温度的升高不仅改变了溶液中游离Cd2+和S2-浓度，而且有利于Cd(NH3)4+、OH-、SC(NH2)2离子向衬底扩散和吸附；搅拌强度的增强则主要加快了OH-、SC(NH2)2传质速度和溶液中CdS沉积粒子的迁移，从而影响薄膜的生长速率。各工艺参数对薄膜生长速率和前驱物利用率的影响程度各不相同。温度、醋酸铵、转速、醋酸镉、硫脲、氨水对薄膜生长速率的影响程度依次降低；醋酸镉利用率的影响顺序从大到小依次为醋酸镉、醋酸铵、温度、转速、硫脲、氨水；硫脲利用率主要受到硫脲浓度的影响，其余各因素的影响都较小。制备薄膜质量好，前驱物醋酸镉与硫脲的综合利用率也较高的最佳实验参数为醋酸镉4mM、硫脲14mM、醋酸铵0.03M、氨水0.4M，温度为70℃，转速为200r/min。在最佳工艺条件下制备CdS薄膜，当沉积时间为25min时，薄膜的表面均匀、致密、包覆性好、光透过率高、禁带宽度适中，非常适合做CIGS薄膜太阳能电池的缓冲层。
参考文献：
[1]. 硫化镉薄膜的性质及应用研究[D]. 刘高斌. 重庆大学. 2003
[2]. CdS薄膜的水浴法制备及表征[D]. 王现利. 哈尔滨工业大学. 2009
[3]. CdS薄膜光电化学电池及其离子识别特性的研究[D]. 潘维. 四川大学. 2006
[4]. 柔性CdTe薄膜太阳能电池中CdS的制备与表征[D]. 丛家铭. 西安工业大学. 2014
[5]. Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池缓冲层的制备及性能研究[D]. 孙鹏飞. 吉林大学. 2015
[6]. 硫化镉薄膜的制备及其在铜铟镓硒薄膜太阳电池上的应用[D]. 江民林. 上海交通大学. 2009
[7]. 化学水浴法制备硫化镉薄膜的性能研究[D]. 胡晓飞. 大连交通大学. 2012
[8]. CdS/CdTe太阳能电池中CdS薄膜的制备及其特性研究[D]. 夏兰. 四川大学. 2007
[9]. 铜铟镓硒薄膜太阳能电池窗口层材料研究[D]. 许修兵. 华东师范大学. 2008
[10]. 化学水浴法制备硫化镉薄膜的研究[D]. 赵静. 兰州理工大学. 2012
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