La掺杂对CdS薄膜性能的影响
采用化学水浴法在玻璃衬底上制备了纯CdS薄膜和稀土La掺杂的CdS薄膜,在氮气气氛中对薄膜进行热处理。结果表明,未掺杂样品为立方闪锌矿CdS,La掺杂后衍射强峰仍为立方闪锌矿(111)晶向,但出现了微弱的六方纤锌矿结构,而且增强了短波光和近红外光的透过率,禁带宽度明显减小,同时La的掺入促进S元素百分含量的增加,使Cd/S更接近化学计量比。
关键词： CdS薄膜;稀土La掺杂;化学水浴法;光学特性
基金项目: 内蒙古高校科技项目(批准号:NJ09006)资助课题
CdS 是II- IV 族直接带隙化合物半导体材料, 禁带宽度约为2. 42 eV。CdS 具有优良的光电性能,广泛用于传感器、光探测器、激光材料、光波导器件和非线性集成光学器件等领域, 同时CdS 具有很高的透光率和较大的电导率, 常被用于CdS/ CdTe 和CdS/CuInSe2 太阳电池的窗口层和缓冲层。目前,CdS 薄膜的制备方法很多, 如化学水浴法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、真空蒸发法、溅射法等, 由于化学水浴法设备简单、条件容易控制, 且其制备方便、廉价和适合大规模生产等特点, 成为制备薄膜及其硫族金属化合物的首选方法。
目前, 实验中发现厚度小于100 nm 的CdS 薄膜可以增强短波光的透过率, 但太薄的CdS 会出现针状微孔导致吸收层与导电玻璃直接接触, 从而影响电池的稳定性。稀土元素具有特异的电子结构、丰富的电子能级, 有研究表明, 掺杂适量的稀土元素可以改善半导体材料的性能 , 因此希望通过掺杂稀土元素使CdS 薄膜厚度适中而不影响其透过率。采用稀土硝酸盐作为掺杂源, 使用适当的化学配比, 通过化学水浴法制备La 掺杂的CdS 薄膜, 并对其进行X 射线衍射、X 射线光电子能谱和紫外可见光吸收测试, 分析掺入稀土元素La 对CdS 薄膜光学及其它性能的影响。
采用化学水浴法在玻璃衬底上制备掺La 的CdS 薄膜, 经350 度 , 40 min 热处理, 薄膜衍射强峰仍为立方闪锌矿( 111) 晶向, 掺La 后并没有改变其物相结构和择优取向, 但衍射峰强度降低且出现了微弱的六方纤锌矿结构。同时掺杂使薄膜的晶格常数增加, 晶粒尺寸减小。La 的掺入减小了薄膜的光学带隙, 增强了短波和近红外波段的透过率, 使S 元素的百分含量增加, 薄膜中Cd 与S 的比更接近化学计量比。
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