電化學沉積法制備ZnS光學薄膜研究.pdf

1、硫化鋅薄膜在室溫下的禁帶寬度可達3.6～3.7eV,折射率約為2.35,因此在光電顯示器件領域有著非常好的應用前景。同時,它也被認為是太陽能電池中CdS緩沖層的理想替代者,因為ZnS材料對人體無毒無害,而且來源廣泛,價格低廉。目前,已經(jīng)有許多技術用來制備ZnS薄膜及其它各種硫化物薄膜,比如化學浴沉積,磁控濺射,光化學沉積以及脈沖激光沉積等。相比以上制備ZnS薄膜的方法,電化學法制備薄膜具有設備簡單,成本較低,工藝過程簡單且容易控制等優(yōu)點

2、。早前已有文獻報道采用電刷鍍技術和脈沖電沉積技術制備出了ZnS薄膜,但是這些研究僅限于單個影響因素的研究,比如沉積溫度,電流密度等。
　　 本研究是在常壓條件下,采用新穎簡單的陰極恒電位沉積法在氧化銦錫導電玻璃基板上沉積出了ZnS光學薄膜。用X射線衍射分析儀(XR-D),X-射線光電子能譜儀(XPS),原子力顯微鏡(AFM),掃描電子顯微鏡(SEM),紫外/可見/近紅外光譜儀(UV-VIS-NIR)以及光致發(fā)光譜儀(PL)對薄膜

3、的組成結構、微觀形貌以及光學性能進行了表征。同時也對ZnS薄膜的電沉積生長機理進行了討論。
　　 研究以ZnSO4,Na2S2O3和檸檬酸鈉的混合液為電沉積液,并用稀鹽酸調(diào)節(jié)溶液的pH值。系統(tǒng)研究了溶液pH值,沉積電壓,沉積時間,沉積溫度以及n(Zn2+)/n(S2O32-)濃度比對薄膜結構性能的影響。XRD和AFM分析表明:電沉積法制備的ZnS薄膜表面是由尺寸為50nm左右的晶粒構成的,并沿(200)晶面擇優(yōu)取向生長。隨著溶液

4、pH值和沉積電壓的增大,薄膜的結晶性能得到改善,晶粒尺寸有所增大。而其他工藝因素對薄膜的影響,如電沉積時間,沉積溫度以及n(Zn2+)/n(S2O32-)濃度比等則有一個最佳值來獲得性能優(yōu)良的ZnS薄膜,偏離這個最佳值則會對薄膜的結構性能產(chǎn)生不利影響。
　　 研究發(fā)現(xiàn),電沉積法制備ZnS薄膜的最優(yōu)工藝條件是:n(Zn2+)/n(S2O32-)=1:2,pH=4.0,沉積電壓為3.0 V,沉積時間為6min,沉積溫度為60℃,并添

5、加檸檬酸鈉作為絡合劑,此時所制備出的ZnS薄膜顯微結構均勻而致密。隨著熱處理溫度的提高,薄膜的結晶性能及其光學性質(zhì)得到改善,但熱處理溫度超過300℃時,薄膜將發(fā)生脫硫反應,由立方的閃鋅礦相ZnS(200)轉變?yōu)榱降睦w鋅礦相ZnS(101),并使ZnS薄膜的結晶性能下降。紫外吸收光譜表明,在波長為300 nm左右的位置,薄膜出現(xiàn)了一個較寬的吸收峰,擬合計算得知其禁帶寬度為3.42～3.71eV。
　　 Cu摻雜ZnS薄膜的研究表