退火对ZnS薄膜结构和光学特性的影响

【摘要】：CdSe和CdS作为CuInSe_2薄膜太阳电池的窗口层已经为人们所熟知,而Cd的化合物可能带来的重金属污染并且对电池的短波响应有一定的影响,这促使人们寻找其替代物,ZnS已经被认为是一种有前途的窗口层材料,可以替代CdS在CuInSe_2/CdS薄膜太阳电池中充当窗口层。与CdS相比,ZnS具有更宽的禁带,可使更多高能量的光子在吸收层产生载流子,从而改善短路电流,提高电池的光电转换率。由于ZnS薄膜的性能受生长和后处理工艺的影响,特别是退火工艺。因此研究退火对ZnS薄膜性质的影响具有重要的意义。本文用真空热蒸发和退火在玻璃衬底上制备了ZnS薄膜,利用X射线衍射(XRD)、X射线能谱(EDAX)、紫外可见分光光度计(UV-vis)和光致发光(PL)研究了ZnS薄膜的晶体结构、成分、光学性能,分析了退火温度对ZnS薄膜结构和光学特性的影响。结果表明,随退火温度的升高,样品由非晶转变为多晶,晶粒和位错密度均先增大后减小。由于量子尺寸效应,样品的带隙随退火温度的升高减小,透射谱测量的带隙值与理论分析所得带隙值相符合。经400℃退火的样品晶粒尺寸达到32.5nm,原子比(S/Zn)为0.992/1,光学带隙为3.69eV。PL谱研究表明,样品均在415nm附近有一发光峰,峰的强度随退火温度的升高而减弱,峰位出现红移,结合EDAX和XRD测量结果推测出发光峰强度和位置的变化来源于样品光学带隙和晶格缺陷随退火温度的变化。

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