CdS-Si納米異質(zhì)結(jié)陣列制備與光電性能研究.pdf

1、本論文通過化學(xué)刻蝕法，在Si(100)晶向表面制備了Si納米線陣列。隨后采用SILAR方法在制備出的Si納米線陣列表面生長(zhǎng)了一層連續(xù)致密的CdS薄膜。在Ar氣環(huán)境下在進(jìn)樣室腔體內(nèi)對(duì)樣品進(jìn)了不同溫度的退火處理，運(yùn)用DX-2000的X射線衍射儀(X-raydiffractometer，XRD)對(duì)制備的薄膜進(jìn)行晶相結(jié)構(gòu)分析，并用型號(hào)為UV-3600的紫外-可見-紅外分光光度計(jì)對(duì)樣品的反射光譜進(jìn)行了測(cè)試，利用型號(hào)為Zeiss Super40的場(chǎng)

2、發(fā)射掃描電鏡表征了薄膜表面形貌并同時(shí)對(duì)其進(jìn)行了EDS分析。此外，CdS/Si納米異質(zhì)結(jié)的室溫光致發(fā)光(PL)譜進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)量與分析。通過制作雙面電極，制備了結(jié)構(gòu)為Ag/CdS/Si納米線/Si基底/Al的異質(zhì)結(jié)太陽電池的原型器件，進(jìn)一步對(duì)其光伏性能進(jìn)行了測(cè)試與分析。
　　研究結(jié)果表明:由SILAR方法制備的CdS薄膜結(jié)構(gòu)為亞穩(wěn)態(tài)的立方晶相，當(dāng)退火溫度達(dá)到500℃時(shí)，CdS薄膜呈現(xiàn)出相對(duì)穩(wěn)定的六方晶向，經(jīng)過退火處理后CdS晶粒的尺寸

3、變大，但仍是納米級(jí)。同時(shí)通過改變不同循環(huán)次數(shù)也會(huì)對(duì)CdS薄膜晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定調(diào)控，進(jìn)而影響其性能。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，在反射圖譜中樣品在相應(yīng)短波段的積分反射相差不大，但在相應(yīng)長(zhǎng)波段積分反射依次增加，我們認(rèn)為CdS薄膜越薄其光透射性越好。因此對(duì)應(yīng)樣品積分反射比較低，當(dāng)循環(huán)次數(shù)繼續(xù)增加到一定程度，即CdS薄膜的厚度達(dá)到一定程度其積分反射率變化不再明顯。在不同的退火溫度下樣品在510nm波長(zhǎng)處，都有一明顯的吸收帶邊。PL發(fā)光譜中在472nm處

4、有一藍(lán)光發(fā)射峰，可以斷定是Si納米線陣列的發(fā)光峰，在沉積CdS的PL譜線中可以觀察到另外一發(fā)光峰，即綠光發(fā)射，其中心位于524nm。我們認(rèn)為綠光發(fā)射峰起源于CdS納米晶的帶隙發(fā)射，但可以看出綠光發(fā)射峰與吸收峰之間有一定的位移，我們認(rèn)為可能是由CdS納米晶粒的尺寸效應(yīng)或較強(qiáng)的晶格聲子耦合引起的。另外，綠光鋒的半高寬為～60nm，從較寬的的綠光峰可以推測(cè)出制備的樣品具有較大的尺寸分布。同時(shí)，測(cè)得在751nm處有一個(gè)Vs+空位引起的發(fā)光峰。通

5、過SEM形貌圖，可以清晰的看到垂直于硅片表面縱向生長(zhǎng)的納米線陣列，以及CdS納米顆粒在Si納米線陣列表面形成了一層連續(xù)致密的薄膜。
　　室溫下，不加光條件下測(cè)出的CdS/Si納米異質(zhì)結(jié)器件表現(xiàn)出了明顯的整流效應(yīng)，開路電壓為～1.6eV，對(duì)應(yīng)電流密度為～1.25mA/cm2，反向截至電壓～7.5eV。不同循環(huán)次數(shù)下得到的CdS/Si納米異質(zhì)結(jié)的開啟電壓會(huì)有所不同，并隨著循環(huán)次數(shù)的增大開啟電壓也隨之增大。開路電壓越大說明光生載流子能夠

6、很好地發(fā)生分離，同時(shí)短路電流如果比較大表明光生載流子也可以較為有效的進(jìn)行傳輸與搜集。測(cè)得未經(jīng)過退火處理的CdS/Si納米異質(zhì)結(jié)器件的光伏性能參數(shù)為Jsc=0.793mA/cm2、FF=0.215、Vsc=0.212V和η=0.145％。此外，經(jīng)過不同溫度退火處理的CdS/Si納米異質(zhì)結(jié)，測(cè)得其開路電壓分別為0.212eV，0.034eV，0.029eV，0.101eV，和0.178eV，開路電壓隨著溫度的升高而逐漸升高，未退火與退火溫度

7、為500℃時(shí)開路電壓相對(duì)比較高，說明其漏電電流比較小，我們認(rèn)為可能是隨著退火溫度的升高，改變了材料的帶隙寬度。另外，測(cè)的樣品的短路電流分別為0.793mA/cm2,0.0023mA/cm2,0.0035mA/cm2,0.00328mA/cm2和0.08331 mA/cm2分析其原因，隨著退火溫度的升高，串聯(lián)電阻降低導(dǎo)致的。未經(jīng)過退火處理和分別經(jīng)過200℃、300℃、400℃、500℃的樣品的串聯(lián)電阻分別為0.293kΩ、12.483kΩ