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化学沉积法制备CuInS_2薄膜及性能研究

黄灿领  
【摘要】:本文基于生物矿化制备硫化铅(PbS)基础上,以溶液为媒介结合化学沉积,构建了一中新颖的化学沉积法制备无机功能材料的体系。此种方法实现了常温常压下溶液环境中化学沉积法制备无机材料膜。首先在温和条件下制备In_2S_3/Cu_2S复合薄膜,进而通过硫化退火处理,获得CuInS_2薄膜材料。研究了退火温度对于薄膜形貌、结构性能等方面的影响。结果表明,这一方法不同于以往制备薄膜的方法,降低了设备投资、简化了技术复杂性,为制备价格低廉的CIS类薄膜材料提供一种有效方法。 具体的工作包括以下两个方面: 1.两步沉积In_2S_3/Cu_2S复合薄膜及CuInS_2薄膜的制备和性能研究 以牛血清蛋白(BSA)生物大分子作为有机模板,引入氨气扩散催化硫代乙酰胺水解,在气液界面上获得了具有良好晶面取向的In_2S_3、Cu_2S材料。这类材料虽然具有较好的结构特征,但是这类材料厚度太薄,与基底的结合力也较差,很难形成大面积有序的复合薄膜,不利于后续的硫化退火处理。同时我们发现In_2S_3、Cu_2S很容易在槽子的底部形成均匀致密的薄膜,基于此,我们利用化学沉积方法首先在基底上沉积了均匀致密的In_2S_3薄膜,再以In_2S_3薄膜为基底,沉积Cu_2S,获得了均匀致密的In_2S_3/Cu_2S复合薄膜。以该复合薄膜为前躯体,通过硫化退火处理,获得了CuInS_2薄膜。并着重考察了退火温度对于薄膜形貌、结构及其光学特性的影响。结果表明:随着退火温度的升高,薄膜逐渐由片状转化为颗粒;薄膜中Cu_2S、In_2S_3相逐渐消失,薄膜的结晶性逐渐增强,呈现为黄铜矿结构,并且晶粒尺寸逐渐增加;薄膜在可见光区的吸收带越来越宽,薄膜的带隙发生明显改变。 2.一步沉积In_2S_3/Cu_2S复合薄膜及CuInS_2薄膜的制备和表征 第二章中的In_2S_3/Cu_2S复合薄膜是利用两步沉积的方法制备的,操作相对复杂。因此在第三章中,我们尝试采用一步共沉积的方式制备In_2S_3/Cu_2S复合薄膜。首先在三水合硝酸铜、硫酸铟和硫代乙酰胺的混合溶液中反应制备了In_2S_3/Cu_2S复合薄膜,在此基础上进行硫化退火,获得了CuInS_2薄膜材料。同样研究了退火温度对于薄膜形貌、结构及光学性质等方面的影响。结果发现,得到CuInS_2薄膜归属于黄铜矿结构,随着退火温度的升高,薄膜的结晶性增强,晶粒逐渐变大,可见光区的吸收带逐渐变宽,光学带隙值变小。针对薄膜与基底结合不牢和反应时间过长的问题,我们将反应温度提高至45 oC,在两小时内获得了复合薄膜,经过硫化退火处理之后得到了黄铜矿结构CuInS_2薄膜。


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