電化學(xué)沉積法制備CdTe半導(dǎo)體薄膜及其性能研究.pdf

1、隨著能源危機和環(huán)境污染問題日益加劇，對太陽能電池的關(guān)注越來越多。提高轉(zhuǎn)化效率和降低成本仍是光伏行業(yè)面臨的兩大難題。尋求成本低廉、穩(wěn)定性好、具有較高光電轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池工藝技術(shù)是研發(fā)低成本太陽能電池的重要途徑。CdTe多晶薄膜具有直接帶隙結(jié)構(gòu)，禁帶寬度與太陽光譜十分匹配，吸收系數(shù)高，電池的轉(zhuǎn)換效率理論值為28％-30％，是公認的高效、穩(wěn)定、廉價的薄膜光伏器件材料。電化學(xué)沉積技術(shù)工藝簡單、設(shè)備投資小、能源消耗低、大面積制造容易，在降低成

2、本方面潛力巨大。目前電沉積CdTe薄膜大多采用強酸性溶液體系，沉積速率低，對設(shè)備要求高。本研究采用一種新的堿性溶液體系電化學(xué)沉積CdTe薄膜，探索薄膜的電化學(xué)沉積機理以及工藝參數(shù)對薄膜結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的影響。
　　研究中首先采用化學(xué)水浴法在FTO和ITO導(dǎo)電基底上制備CdS多晶薄膜。通過優(yōu)化溶液pH、溫度以及退火條件獲得適用于后續(xù)電化學(xué)沉積CdTe薄膜的CdS基底;采用NTA作為絡(luò)合劑配制堿性溶液，采用循環(huán)伏安法分析溶液的電化學(xué)特性，采

3、用三電極體系和攪拌對流方法在CdS基底上沉積CdTe薄膜。利用XRD、FESEM表征了CdS和CdTe薄膜的結(jié)構(gòu)和形貌;利用紫外-可見分光光度計、交流阻抗測試技術(shù)表征了CdS和CdTe半導(dǎo)體薄膜的光學(xué)和電學(xué)性能。分析了光照激發(fā)、沉積電位、退火處理對CdTe薄膜組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響，在此基礎(chǔ)上提出堿性溶液中沉積CdTe薄膜的電化學(xué)機制。
　　CBD制備CdS薄膜的研究發(fā)現(xiàn)，隨溶液pH升高，成膜速率先增大后減小;隨溫度升高，反應(yīng)速率

4、加快，成核密度增大，晶粒減小。最優(yōu)化CdS薄膜的生長條件為，2.5mMCd(COOH)2,25mM NH4COOH，12mM SC(NH2)2，pH=10，沉積溫度為85℃，生長60min的CdS薄膜厚度為100nm，晶體結(jié)構(gòu)為立方相，CdCl2退火促進CdS薄膜從從立方相向六方相轉(zhuǎn)變。
　　堿性電解質(zhì)體系的電化學(xué)特性表明，電沉積CdTe半導(dǎo)體薄膜的電壓范圍為-0.6V—-1.2V，在這個電位區(qū)間內(nèi)隨著電位的降低沉積速率加快，獲得

5、的CdTe薄膜Te/Cd逐漸降低。光照激發(fā)提高了電化學(xué)制備CdTe半導(dǎo)體薄膜的沉積速率，沉積電流密度從0.07mA/cm2提高到了0.28 mA/cm2，同時還提高了CdTe薄膜的結(jié)晶度。Mott-Schottky測試證實，堿性溶液電沉積制備的CdTe薄膜是p型半導(dǎo)體，明顯不同于酸性電解質(zhì)體系制備的n型CdTe半導(dǎo)體薄膜;沉積的CdTe薄膜退火后，呈隨機取向的晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度增強，晶粒長大，經(jīng)過CdCl2處理的CdTe薄膜退火之后(22