烧结氛围对铜锌锡硫硒薄膜性质的影响

Cu_2ZnSn(S,Se)_4薄膜太阳能电池吸收层的质量,受薄膜的烧结氛围影响,进而影响其电池器件的性能。利用溶液法,分别在氮气和空气两种氛围下制备Cu_2ZnSn(S,Se)_4吸收层薄膜,系统地研究烧结氛围对Cu_2ZnSn(S,Se)_4薄膜性质的影响。首先,采用甲胺水溶液和硫代乙醇酸的混合溶液为溶剂,依次溶解S、Sn、Zn和Cu单质,配制Cu_2ZnSnS_4前驱体溶液;然后,通过旋涂/烧结的方法,分别在氮气气氛和空气中制得Cu_2ZnSnS_4预制薄膜,进一步对预制薄膜进行高温硒化处理,得到两种氛围的Cu_2ZnSn(S,Se)_4薄膜;最后,经过XRD、Raman、SEM、C-AFM和I-V特性曲线等测试表征。结果发现:氮气气氛的Cu_2ZnSn(S,Se)_4薄膜晶粒尺寸较大、表面形貌更均匀、结晶性和导电率较高,薄膜质量相对更佳,说明氮气氛围更有利于制备适合于高性能电池器件的Cu_2ZnSn(S,Se)_4吸收层薄膜。     

p沟道Cu_2O半导体薄膜场效应晶体管的制备及Ⅳ特性研究

采用磁控溅射掩膜制备工艺,在n型Si衬底上分别制备了底栅型p沟道Cu_2O半导体薄膜场效应晶体管(TFTs).用XRD、SEM、XPS等检测分析方法对不同条件下制备的Cu_2O薄膜的晶体结构、表面形貌、化学成分进行了表征.对O_2通量、退火温度及沟道宽度等因素对半导体薄膜及器件特性的影响进行了对比研究.研究发现,O_2通量是制备Cu_2O半导体薄膜的关键因素,器件I_(DS)电流的绝对值随着栅压的绝对值的增大而增大,具有典型的p沟道增强型场效应晶体管特征.其Ⅳ特性与溅射沉积时间、沟道宽度、退火因素等有关,真空退火处理后有助于提高器件的I_(DS)的绝对值.测试表明,制备的沟道宽度为50μm的典型器件的电导率、电流开关比和阈值电压分别为0.63S/cm,1.5×10~2及-0.6V.     

磁控溅射法制备大晶粒铜锌锡硫薄膜的研究

采用磁控溅射Cu、Sn、Zn金属单质靶制备铜锌锡(CZT)金属预制层,在220℃下合金,然后在高温610℃硫化配合低速升温工艺对CZT前驱体进行退火,制备出晶粒尺寸为1~2μm的Cu_2ZnSnS_4(CZTS)薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)对薄膜样品进行结构、表面形貌和组分表征.最后沉积缓冲层、ZnO窗口层,蒸镀Al电极,制备出CZTS薄膜太阳电池,测量得到电池开路电压(V_(oc))为574 mV,短路电流密度(J_(sc))为8.98 mA/cm~2,填充因子(FF)为37.8%,电池转换效率为1.95%.     

Cu对溶胶-凝胶法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备Cu_2ZnSnS_4的前驱体溶液,结合旋转涂覆法和空气中的预热处理技术制备不同金属含量Cu/(Zn+Sn)=x(0.5,0.8,1.0)的CZTS薄膜样品.利用XRD和紫外可见分光光度法,对CZTS薄膜晶体结构和光学性能进行表征.结果表明:样品XRD图谱中可以观察到锌黄锡矿结构CZTS的(112)、(220)、(312)衍射峰,且沿(112)峰择优生长;随着Cu掺杂浓度的增加,禁带宽度变小,可获得最佳接近太阳能电池要求的带隙值1.42eV.     

磁控溅射参数对钛酸锶钡薄膜生长及介电性能的影响

在Pt/Ti/SiO2/Si(110)衬底上利用射频磁控溅射法制备了Ba1-xSrxTiO3(BST)薄膜.基于薄膜的形核理论,研究了成膜时间、衬底温度、溅射功率、溅射气压、氧氩比、退火热处理等参数对薄膜的表面形貌和介电性能的影响.结果表明:在其他溅射参数一定的条件下,薄膜的厚度随溅射时间成指数关系增长;在退火温度600℃下热处理20min薄膜完全晶化;调节衬底温度、溅射功率、溅射气压等参数有助于制备出表面致密、晶粒大小均匀、具有高介电常数和低损耗的BST薄膜.     

Cu底层对SmCo薄膜磁性能的影响

通过多靶射频磁控溅射系统在玻璃基片上制备了SmCo/Cu磁性薄膜.采用控制变量法优化了磁性层溅射工艺参数,制备出了矫顽力高达2400 Oe的溅射态SmCo面内磁化膜;通过控制溅射Cu底层时的基片温度,薄膜磁化方向有从面内向垂直方向转变的趋势,并制备出矫顽力达到6215 Oe的垂直面内方向的SmCo/Cu薄膜;利用扫描隧道显微镜(STM)分析SmCo薄膜在不同温度下的表面形貌发现,150℃时薄膜的晶粒尺寸较小有利于改善薄膜磁性能.     

电沉积合金预制层后退火制备铜锌锡硫薄膜及其光伏特性

采用电沉积铜锌锡(Cu-Zn-Sn,CZT)合金预制层后退火制备薄膜太阳电池用吸收层材料铜锌锡硫(Cu_2ZnSnS_4,CZTS)。利用扫描电镜、X线能量色散谱仪、X线衍射仪、拉曼光谱等检测方法对不同预制层成分下制备的CZTS薄膜的表面形貌、成分和物相结构进行表征与分析。研究结果表明:随着预制层中铜摩尔分数的增加,CZTS薄膜(112)面衍射峰半峰宽呈现先减小后增大的趋势,在物质的量比n(Cu)/n(Zn+Sn)=0.83和n(Zn)/n(Sn)=1.31的条件下获得半峰宽最小、结晶性能最好的CZTS薄膜;贫铜贫锌条件下制备的薄膜中存在SnS_2二次相,贫铜富锌条件下制备的薄膜中存在少量ZnS二次相;富铜富锌条件下制备的薄膜中存在Cu-S二次相;二次相对薄膜光电响应具有重要影响,贫铜富锌的样品光电响应性能较好,无光电流衰减现象,光电流密度最大可达到0.6 mA/cm~2;最优成分下制备的CZTS太阳电池在100 mW/cm~2光照条件下获得光电转换效率为3.27%。     

Cu_2ZnSnS_4纳米晶的合成和表征

用乙酰丙酮铜、二水醋酸锌、氯化亚锡和高纯硫分别作为反应的铜源、锌源、锡源和硫源,油胺充当反应溶剂和活性剂,采用热注入法在不同的温度和反应时间下合成出了Cu_2ZnSnS_4纳米晶体.然后,使用X射线衍射、紫外-可见分光光度计、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等手段分别对Cu_2ZnSnS_4纳米晶体的晶格结构、吸收谱线和表面形貌进行了表征.通过对比发现,在270℃时合成出的纳米晶体比较纯净,纳米晶体颗粒的尺寸在一定反应时间内随反应时间的延长而增大.得到的产物在有机溶剂甲苯中分散性良好.这样的"墨汁"溶液在后期制备薄膜太阳能电池更有利.     

溅射气压对Al2O3薄膜的结构与电性能的影响

以纯铝为靶材,在不同溅射气压下采用直流磁控反应溅射方法制备了Al2O3薄膜。用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、台阶仪、绝缘电阻仪和精密阻抗分析仪等分析了薄膜的表面形貌、化学成分、结构、薄膜厚度和电学性能。结果表明,随着溅射压力增大,薄膜的颗粒尺寸和厚度减小,组织细密;薄膜的化学成分主要为Al、O元素,铝氧原子比接近2:3,在250℃的低温下,溅射态的Al2O3薄膜均为非晶结构,溅射压力对Al2O3薄膜的结构和化学成分影响不明显;溅射压力为1.0Pa时的薄膜,其电阻和电阻率较大,介电性能相对较好。     

氧分压对磁控溅射BST薄膜及其介电性能的影响

为了应用平板式射频磁控溅射设备制备出良好介电性能的钛酸锶钡(BST)纳米薄膜,研究了溅射过程中不同氧分压(pO2)对沉积薄膜的化学成分、结晶性、表面形貌、电学性能的影响.实验结果表明:纯氩无氧气氛沉积的BST纳米薄膜化学成分符合化学计量比,经750℃、30 min氧气保护热处理后,呈现出BST材料固有的钙钛矿相,有较高的介电常数(rε=700)和较低的漏电流密度(1.9μA/cm2);氧氩混合气氛沉积的BST纳米薄膜,由于氧负离子反溅射作用,使薄膜的化学成分偏离化学计量比,经相同热处理后,不能形成相应的晶体结构,导致薄膜的rε下降、漏电流密度提高,介电性能变坏;pO2的变化对沉积薄膜的化学成分影响不大.     

不同衬底对溅射Pb(Zr_(0.8)Ti_(0.20))O_3薄膜的结构及其性能的影响

利用射频磁控溅射法在低阻Si,Si O2/Si以及Pt/Ti/Si O2/Si等不同衬底上制备了Pb(Zr0.8Ti0.2)O3薄膜.利用XRD,SEM等对薄膜的结构性能进行了分析,结果发现不同衬底对溅射制备的PZT薄膜的结构有很大影响.在Pt/Ti/Si O2/Si衬底上制备的PZT薄膜经600℃退火1h后,薄膜表面光滑、无裂纹,XRD分析显示PZT薄膜呈完全钙钛矿结构,测试PZT薄膜的电学性能,表明PZT薄膜具有良好的介电性能.     

具有纳米阵列结构的Cu_xO薄膜作为锂离子电池负极材料的电化学性能研究

利用磁控溅射薄膜沉积技术设计制备了具有纳米阵列结构的3种(Cu O、Cu_4O_3、Cu_2O)铜氧化物薄膜,将其直接用作锂电池负极材料进行电化学性质的表征测量.经循环200次之后,结果发现CuO负极薄膜虽然在前50次经历了容量衰减,但之后保持有最高的比容量.在此基础上,将CuO负极薄膜与商业钴酸锂正极匹配制作出软包薄膜全电池,并对其性能进行了表征测试,为设计高容量全电池薄膜负极材料提供一个可行的方案.     

金属盐硫脲水溶液的稳定性及其对Cu_2ZnSn(S,Se)_4薄膜形成、结构和性能的影响

分别以氯化铜(CuCl_2·H)_2O)、氯化锌(ZnCl_2)、氯化亚锡(SnCl_2·2H)_2O)和硫脲为Cu、Zn、Sn和S源,以去离子水和少量乙醇混合溶液为溶解液,配制出用于制备单一锌黄锡矿结构Cu_2ZnSnS_4(W-CZTS)薄膜的前驱体溶液.研究发现这种前驱体溶液由于化学不稳定会产生沉淀,导致制备的薄膜不是由单一W-CZTS相,而是由W-CZTS和其他杂相组成,且晶体质量很差;当把少量的巯基丙酸(MPA)加入到前驱体溶液中后,不仅可以提高前驱体溶液的化学稳定性、避免沉淀发生,而且利用加入MPA前驱体溶液及旋涂和硒化技术还可以制备出高致密、大晶粒、单一锌黄锡矿结构的Cu_2ZnSn(S,Se)_4薄膜(W-CZTSSe).以所制备的W-CZTSSe薄膜为吸收层,获得光电转换效率为7.25%的CZTSSe基太阳能电池.此外,还系统研究了前驱体溶液不稳定和MPA提高其稳定性的化学机制.研究表明,在这种前驱体溶液加入少量MPA的方法是一种环境友好型的制备高致密、大晶粒、单一W-CZTSSe薄膜的有效方法.     

氧氩流量比对氧化铋纳米薄膜微结构及光电性能的影响研究

为了制备出不同光电性能的氧化铋薄膜,并明晰其性能机理,以便后续研究与氧化锌薄膜复合成压敏薄膜.采用磁控溅射法,改变溅射气氛中氧气和氩气的流量比,在玻璃衬底上制备出了三个氧化铋薄膜样品,并对其微观形貌、结构及光电性能进行了测试分析.结果表明:溅射气氛中的氧氩流量比对薄膜微结构及光电性能影响显著;不同氧氩流量比制备的Bi2 O3薄膜中均含BiO2和Bi杂相,且随着氧氩流量比由0:40增大至4:36,薄膜中Bi含量减少,BiO2增加;薄膜颜色由黑变黄;沉积速率由14 nm/min减少至12 nm/min;晶粒尺寸增大,表面趋向致密均匀,可见光区透过率由0.25％增加到56.73％;禁带宽度由0增加到3.17 eV;载流子浓度、导电性能急剧降低,调节溅射气氛中氧氩流量比可有效控制氧化铋薄膜的禁带宽度,载流子浓度等,从而获得不同光电性能的薄膜样品.     

磁控溅射参数对钛酸锶钡薄膜生长及介电性能的影响

使用射频磁控溅射系统在Pt/SiO_2/Si基片上沉积了Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3(BST)薄膜,研究了溅射过程中氧氩比与溅射总气压对BST薄膜生长过程及介电性能的影响。通过XRD衍射仪、原子力显微镜等对在不同条件下制备出的薄膜样品进行了性能测试和分析。结果表明:增加氧氩比能够增加薄膜表面晶粒尺寸,提升薄膜的结晶度,增加薄膜的介电常数并降低介电损耗,但同时也会降低薄膜的沉积速率;增加溅射气压会导致薄膜表面晶粒尺寸减小、结晶度降低,薄膜的沉积速率随着溅射气压的增加呈现先增加后降低(溅射气压大于2Pa时)的趋势。     

磁控溅射工艺参数对Cu薄膜织构的影响

介绍了直流磁控溅射制备Cu薄膜时,溅射功率和玻璃基片温度等工艺参数的变化对薄膜织构的影响.靶材采用质量分数大于99.9%的铜靶,溅射室内真空度低于1.7×10-4,在氩气为保护气体的氛围下制备薄膜.用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)测试分析了薄膜的物相结构、表面组成、表面形貌的变化.结果表明,随着玻璃基片温度升高,薄膜微观结构呈明显的差异.随着溅射功率的增大,溅射速率增大,薄膜织构减弱;当功率增大到200 W时,速率开始减小,织构开始增强.选择功率40 W、溅射气压0.5 Pa、衬底温度423 K和473 K的工艺参数,可获得表面结构平滑、致密和呈微小晶粒结构的薄膜.     

Cu-In膜成分偏析对CIS膜结构的影响

为了研究Cu-In薄膜中的局部偏聚现象及其对硒化后CuInSe2(CIS)薄膜中各元素分布和组织结构的影响,采用中频磁控溅射工艺,溅射Cu-In合金靶,制备了总体Cu/In原子数比接近1的Cu-In预制膜,并在硒气氛下硒化制备了CIS太阳能电池吸收层。采用扫描电子显微镜和能量弥散X射线分析技术对Cu-In预制膜及CIS薄膜的表面形貌、成分进行了观察和分析,采用X射线衍射和Raman散射谱表征了薄膜的组织结构。结果表明:Cu-In预制膜主要由Cu11In9相组成,但存在豆状的富In区;在总体Cu/In原子数比接近1时,硒化后可得到各元素分布均匀、具有化学计量比的CIS,且晶体结构为单一的黄铜矿相。CIS薄膜的导电类型为P型,电阻率达到1.2kΩ.cm。     

Cu-In膜的相结构对CuInSe2薄膜性能的影响

为考察溅射功率对Cu-In薄膜中相结构以及相应的CuInSe2(简称CIS)薄膜性能的影响,采用中频交流磁控溅射方法沉积Cu-In薄膜,并采用固态硒化方法形成CIS薄膜.采用SEM和EDX观察和分析了它们的表面形貌和成分,采用XRD表征了薄膜的组织结构,并分析了硒化中的反应动力学过程.结果表明,在不同的溅射功率条件下,Cu-In预制膜以Cu11In9相或Cu11In9和CuIn的混合相存在.由Cu11In9和CuIn混合相薄膜形成的CIS薄膜具有单一的CuInSe2相黄铜矿相结构,且其成分接近CuInSe2化学计量比.而由Cut1In9相Cu-In预制膜形成的CIS薄膜中除了CuInSe2相以外,还出现了Cu2Se相,且其成分远离CuInSe2化学计量比.因此,具有Cu11In9和CuIn混合相结构的CuIn薄膜更适合制备CIS太阳电池吸收层.     

多孔SnO2-Cu2O复合薄膜的制备及其光催化性能

采用加热氧化多孔Sn--Cu合金电沉积层,制备得多孔SnO2--Cu2O复合薄膜.应用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能量散射(EDS)分析了镀液中Sn2+/Cu2+值对薄膜结构、形貌和组成的影响.通过低压汞灯下光降解罗丹明B的反应测试了薄膜的光催化活性.结果表明,从0.01mol.L-1CuSO4、0.05mol.L-1SnSO4、1.5mol.L-1H2SO4、7mL.L-1甲醛和0.001%聚乙二醇辛基苯基醚(OP)的镀液中,在20℃以6.0A.cm-2的电流密度沉积得到的Sn--Cu合金,经过在空气气氛下200℃,2h和400℃,2h加热氧化后,转变为Sn/Cu值为3∶1的SnO2--Cu2O复合薄膜,显示出优异的光催化降解罗丹明B的活性,这归因于薄膜具有三维多孔的形貌和适合的Sn/Cu比.     

磁控溅射参数对SrTiO_3基片上沉积YIG薄膜微观结构和磁性能的影响

采用射频磁控溅射法在SrTiO_3衬底上制备YIG薄膜,基于薄膜的成核理论研究溅射参数对薄膜结晶性、表面形貌和磁性的影响。结果表明,在其他溅射参数不变的情况下,薄膜的厚度随溅射时间成正比增长;在衬底温度为500℃、溅射气压为1Pa时,YIG薄膜表面较致密,晶粒大小均匀;沉积薄膜的化学组分受氧分压的影响较大,与靶材成分相比有一定偏差。溅射气体为纯氩气时,YIG薄膜的化学组分与靶材化学计量比接近,制备的YIG薄膜中存在一定量的Fe2+和氧空位;当退火温度为750℃时,在氧气中热处理40 min,形成纯的YIG相,饱和磁化强度为134emu/cm3。