電化學(xué)沉積法制備ZnS光學(xué)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(lǐng)域有著非常好的應(yīng)用前景。同時,它也被認(rèn)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(shù)用來制備ZnS薄膜及其它各種硫化物薄膜,比如化學(xué)浴沉積,磁控濺射,光化學(xué)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(xué)法制備薄膜具有設(shè)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(shù)和脈沖電沉積技術(shù)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(dǎo)電玻璃基板上沉積出了ZnS光學(xué)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(jié)構(gòu)、微觀形貌以及光學(xué)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(jié)構(gòu)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(gòu)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(jié)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(jié)構(gòu)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(luò)合劑,此時所制備出的ZnS薄膜顯微結(jié)構(gòu)均勻而致密。隨著熱處理溫度的提高,薄膜的結(jié)晶性能及其光學(xué)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(yīng),由立方的閃鋅礦相ZnS(200)轉(zhuǎn)變?yōu)榱降睦w鋅礦相ZnS(101),并使ZnS薄膜的結(jié)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