專利名稱：一種微波水熱制備CdS薄膜的方法
技術領域：
本發明涉及一種制備CdS薄膜的方法，具體涉及一種微波水熱制備CdS薄膜的方法。
背景技術：
硫化鎘(CdS)晶體是一種較典型的II-VI族壓電半導體材料，CdS薄膜在異質結太 陽電池中是一種重要的n型窗口材料也是一種半導體光敏材料，具有較大的帶隙寬度(約 2. 45ev)。因其具有特殊的光學、電學性質，已被廣泛應用于各種發光器件、光伏器件、光學 探測器以及光敏傳感器等領域。作為一種非常有前途的半導體材料，硫化鎘引起了全世界 范圍的研究興趣。 目前所報道的制備CdS光學薄膜的制備方法主要有濺射法 [J. N. Ximello-Quiebras， C. Mejia-Garcia， A. Caballero-Rosas， H. Herndndez-Contreras， G. Contreras—Puente. Photomodulation study inCdS thin films grown by ., sputtering"n a large area. Thin Solid Films431-432 (2003) 223-225]和金屬有機 化學氣相沉禾只法[Hiroshi Uda， HideoYonezawa, Yoshikazu Ohtsubo， Manabu Kosaka and Hajimu Sonomura. ThinCdS films prepared by metalorganic chemical vapor exposition. Solar Energy Materials and Solar Cells 75 (2003) 219-226]，另外還有真 空蒸鍍、氣氛蒸鍍、分子束外延、高溫熱噴涂以及化學沉積等方法。但是這些方法要么對設 備要求高，設備儀器比較昂貴，配套設施以及所需原材料也昂貴無比；要么原料的利用率很 小；要么工藝復雜，制備周期長。為了達到實用化的目的，必須開發生產成本低的CdS光電 薄膜制備工藝。
發明內容
本發明的目的是提出一種微波水熱制備CdS薄膜的方法，按本發明的制備方法能
夠制備出致密均勻、且高純度的CdS光電薄膜。 為達到上述目的，本發明采用的技術方案是 1)將分析純的CdCl2 'h20溶解于蒸餾水中，配制成CcT濃度為0. Olmol/L-2. 0mo1/ L的透明溶液，所得溶液記為A ; 2)向A溶液中加入分析純的Na2S2S03 51120或SC (NH2) 2，使得溶液中Cd2+/S2S032—或
cd27 : sc(nh2)2的摩爾濃度為i : o. 5-5，所得溶液記為b ; 3)向b溶液中加入分析純的乙二胺四乙酸或聚乙烯基吡咯烷酮，使乙二胺四乙酸 或聚乙烯基吡咯烷酮的濃度為0. 0025mol/L-0. 025mol/L，然后調節溶液的pH值為2. 0 6. 9，攪拌形成均勻溶膠，記為C，作為鍍膜液備用； 4)清洗基片將基片分別在水中和無水乙醇中各超聲波震蕩10分鐘，將質量濃度 為70%的硝酸和質量濃度為30%的雙氧水按1 : 1的體積比混合后將基片浸泡在混合液 中活化處理10分鐘；
5)將C溶液倒入水熱反應釜中，填充度控制在50-80% ;然后將已經活化處理后 的基片放置在水熱釜中，浸于鍍膜液體中；密封水熱反應釜，將其放入MDS-6型溫壓雙控微 波水熱反應儀中；選擇溫控模式或者壓控模式進行反應，所述溫控模式的水熱溫度控制在 80-18(TC，壓控模式的水熱壓力控制在0. 5MPa-4. OMPa，反應時間控制在10min-60min，反 應結束后自然冷卻到室溫；6)打開水熱反應釜，取出基片，分別用蒸餾水和無水乙醇清洗后，放入12(TC的真
空干燥箱內干燥后即在基板表面獲得CdS光電薄膜。 本發明的基片為載玻片、ITO玻璃、Si基板或A1203玻璃。 由于本發明的反應在液相中一次完成，制得的CdS薄膜純度高，均一性好，薄膜與 基板結合牢固，并且不受基板形狀和尺寸的限制，還可以通過控制微波水熱溫度和壓力來 控制薄膜微晶尺寸大小，不需要后期的晶化熱處理，從而避免了薄膜在熱處理過程中可能 導致的巻曲、干裂、晶粒粗化以及薄膜與基板或氣氛反應等缺陷。且工藝設備簡單，所得膜 純度較高，晶粒生長可控，因此具有廣闊的發展前景。且本發明工藝簡單，操作方便，原料易 得，可以降低制膜成本，并可大面積制膜。
圖1為實例1所制備的CdS薄膜的X-射線衍射(XRD)圖譜。
圖2為實例2所制備的CdS薄膜的X-射線衍射(XRD)圖譜。
具體實施例方式
實施例1 :1)將分析純的一水氯化鎘(CdCl2 *H20)加入到去離子水中，制成CcT濃 度為0. 05mol/L的透明溶液，所得溶液記為A ; 2)向A溶液中加入分析純的五水硫代硫酸鈉(Na2S2S03 5H20)，使得溶液中Cd2+/ S2S0/一的摩爾濃度比為1 : l，所得溶液記為B; 3)向B溶液中加入分析純的EDTA(乙二胺四乙酸)，使得乙二胺四乙酸的濃度比 為0. 0025mol/L，然后調節溶液的pH值為2. 0 6. 9，攪拌形成均勻溶膠，記為C，作為鍍膜 液備用； 4)清洗基片將載玻片分別在水中和無水乙醇中各超聲波震蕩10分鐘，將質量濃 度為70%的硝酸和質量濃度為30%的雙氧水按1 : 1的體積比混合后將基片浸泡在混合 液中活化處理10分鐘； 5)將上述制備的C溶液倒入水熱反應釜中，填充度控制在60% ;然后將已經活 化處理后的基片放置在水熱釜中，浸于鍍膜液體中；密封水熱反應釜，將其放入MDS-6型 溫壓雙控微波水熱反應儀中；選擇溫控模式進行反應，所述的溫控模式的水熱溫度控制在 12(TC，反應時間控制在10min，反應結束后自然冷卻到室溫； 6)打開水熱反應釜，取出基片，分別用蒸餾水和無水乙醇清洗后，放入12(TC的真 空干燥箱內干燥后即在基板表面獲得CdS光電薄膜。 將所得的CdS薄膜用日本理學D/maX2000PCX-射線衍射儀分析樣品，發現產物為 JCPDS編號為43-0985的CdS晶體(圖1)，同時還可看出，薄膜沿(110)晶面和(021)晶面 取向生長嚴重，符合薄膜的生長機理。
實施例2 :1)將分析純的一水氯化鎘(CdCl2 *H20)加入到去離子水中，制成CcT濃 度為0. lmol/L的透明溶液，所得溶液記為A ; 2)向A溶液中加入分析純的硫脲(SC (NH2) 2)，使得溶液中Cd2+/ : SC (NH2) 2的摩爾 濃度比為1 : 2，所得溶液記為B; 3)向B溶液中加入分析純的聚乙烯基吡咯烷酮，使得聚乙烯基吡咯烷酮的濃度為 0. 005mol/L，然后調節溶液的pH值為2. 0 6. 9，攪拌形成均勻溶膠，記為C，作為鍍膜液備 用； 4)清洗基片將ITO玻璃分別在水中和無水乙醇中各超聲波震蕩10分鐘，將質量 濃度為70%的硝酸和質量濃度為30%的雙氧水按1 : 1的體積比混合后將基片浸泡在混 合液中活化處理10分鐘； 5)將上述制備的C溶液倒入水熱反應釜中，填充度控制在70% ;然后將已經活 化處理后的基片放置在水熱釜中，浸于鍍膜液體中；密封水熱反應釜，將其放入MDS-6型 溫壓雙控微波水熱反應儀中；選擇溫控模式進行反應，所述的溫控模式的水熱溫度控制在 18(TC，反應時間控制在10min，反應結束后自然冷卻到室溫； 6)打開水熱反應釜，取出基片，分別用蒸餾水和無水乙醇清洗后，放入12(TC的真 空干燥箱內干燥后即在基板表面獲得CdS光電薄膜。 將所得的CdS薄膜用日本理學D/maX2000PCX-射線衍射儀分析樣品，發現產物為 JCPDS編號為43-0985的CdS晶體(圖2)，同時還可看出，薄膜沿(110)晶面取向生長嚴重。
實施例3 :1)將分析純的一水氯化鎘(CdCl2 *H20)加入到去離子水中，制成CcT濃 度為0. lmol/L的透明溶液，所得溶液記為A ; 2)向A溶液中加入分析純的五水硫代硫酸鈉(Na2S2S03 5H20)，使得溶液中Cd2+/ S2S032-的摩爾濃度比為1 : 4，所得溶液記為B ; 3)向B溶液中加入分析純的聚乙烯基吡咯烷酮，使得聚乙烯基吡咯烷酮的濃度為 0. 006mol/L，然后調節溶液的pH值為2. 0 6. 9，攪拌形成均勻溶膠，記為C，作為鍍膜液備 用； 4)清洗基片將Si基板分別在水中和無水乙醇中各超聲波震蕩10分鐘，將質量 濃度為70%的硝酸和質量濃度為30%的雙氧水按1 : 1的體積比混合后將基片浸泡在混 合液中活化處理10分鐘； 5)將上述制備的C溶液倒入水熱反應釜中，填充度控制在80% ;然后將已經活 化處理后的基片放置在水熱釜中，浸于鍍膜液體中；密封水熱反應釜，將其放入MDS-6型 溫壓雙控微波水熱反應儀中；選擇溫控模式進行反應，所述的溫控模式的水熱溫度控制在 80°C，反應時間控制在40min，反應結束后自然冷卻到室溫； 6)打開水熱反應釜，取出基片，分別用蒸餾水和無水乙醇清洗后，放入12(TC的真 空干燥箱內干燥后即在基板表面獲得CdS光電薄膜。 實施例4 :1)將分析純的一水氯化鎘(CdCl2 *H20)加入到去離子水中，制成CcT濃 度為0. 8mol/L的透明溶液，所得溶液記為A ; 2)向A溶液中加入分析純的硫脲(SC (NH2) 2)，使得溶液中Cd2+/ : SC (NH2) 2的摩爾 濃度比為1 : 0. 5，所得溶液記為B ; 3)向B溶液中加入分析純的EDTA(乙二胺四乙酸)，使得乙二胺四乙酸的濃度為0. 01mol/L，然后調節溶液的pH值為2. 0 6. 9，攪拌形成均勻溶膠，記為C，作為鍍膜液備 用； 4)清洗基片將八1203玻璃分別在水中和無水乙醇中各超聲波震蕩IO分鐘，將質 量濃度為70%的硝酸和質量濃度為30%的雙氧水按1 : 1的體積比混合后將基片浸泡在 混合液中活化處理10分鐘； 5)將上述制備的C溶液倒入水熱反應釜中，填充度控制在75 % ;然后將已經活化 處理后的基片放置在水熱釜中，浸于鍍膜液體中；密封水熱反應釜，將其放入MDS-6型溫壓 雙控微波水熱反應儀中；選擇壓控模式進行反應，壓控模式的水熱壓力控制在2MPa，反應 時間控制在60min，反應結束后自然冷卻到室溫； 6)打開水熱反應釜，取出基片，分別用蒸餾水和無水乙醇清洗后，放入12(TC的真 空干燥箱內干燥后即在基板表面獲得CdS光電薄膜。 實施例5 :1)將分析純的一水氯化鎘(CdCl2 *H20)加入到去離子水中，制成Cd2+濃 度為1. 3mol/L的透明溶液，所得溶液記為A ; 2)向A溶液中加入分析純的硫脲(SC (NH2) 2)，使得溶液中Cd2+/ : SC (NH2) 2的摩爾 濃度比為1 : 3，所得溶液記為B; 3)向B溶液中加入分析純的聚乙烯基吡咯烷酮，使得聚乙烯基吡咯烷酮的濃度為 0. 02mol/L，然后調節溶液的pH值為2. 0 6. 9，攪拌形成均勻溶膠，記為C，作為鍍膜液備 用； 4)清洗基片將載玻片分別在水中和無水乙醇中各超聲波震蕩10分鐘，將質量濃 度為70%的硝酸和質量濃度為30%的雙氧水按1 : 1的體積比混合后將基片浸泡在混合 液中活化處理10分鐘； 5)將上述制備的C溶液倒入水熱反應釜中，填充度控制在65% ;然后將已經活化 處理后的基片放置在水熱釜中，浸于鍍膜液體中；密封水熱反應釜，將其放入MDS-6型溫壓 雙控微波水熱反應儀中；選擇壓控模式進行反應，壓控模式的水熱壓力控制在0. 5MPa，反 應時間控制在50min，反應結束后自然冷卻到室溫； 6)打開水熱反應釜，取出基片，分別用蒸餾水和無水乙醇清洗后，放入12(TC的真 空干燥箱內干燥后即在基板表面獲得CdS光電薄膜。 實施例6 :1)將分析純的一水氯化鎘(CdCl2 *H20)加入到去離子水中，制成CcT濃 度為2mol/L的透明溶液，所得溶液記為A ; 2)向A溶液中加入分析純的五水硫代硫酸鈉(Na2S2S03 5H20)，使得溶液中Cd2+/ S2S032—的摩爾濃度比為1 : 5，所得溶液記為B; 3)向B溶液中加入分析純的EDTA(乙二胺四乙酸)，使得乙二胺四乙酸的濃度為 0. 025mol/L，然后調節溶液的pH值為2. 0 6. 9，攪拌形成均勻溶膠，記為C，作為鍍膜液備 用； 4)清洗基片將八1203玻璃分別在水中和無水乙醇中各超聲波震蕩IO分鐘，將質 量濃度為70%的硝酸和質量濃度為30%的雙氧水按1 : 1的體積比混合后將基片浸泡在 混合液中活化處理10分鐘； 5)將上述制備的C溶液倒入水熱反應釜中，填充度控制在50 % ;然后將已經活化 處理后的基片放置在水熱釜中，浸于鍍膜液體中；密封水熱反應釜，將其放入MDS-6型溫壓雙控微波水熱反應儀中；選擇壓控模式進行反應，壓控模式的水熱壓力控制在4MPa，反應 時間控制在20min，反應結束后自然冷卻到室溫； 6)打開水熱反應釜，取出基片，分別用蒸餾水和無水乙醇清洗后，放入12(TC的真 空干燥箱內干燥后即在基板表面獲得CdS光電薄膜。
權利要求
一種微波水熱制備CdS薄膜的方法，其特征在于1)將分析純的CdCl2·H2O溶解于蒸餾水中，配制成Cd2+濃度為0.01mol/L-2.0mol/L的透明溶液，所得溶液記為A；2)向A溶液中加入分析純的Na2S2SO3·5H2O或SC(NH2)2，使得溶液中Cd2+/S2SO32-或Cd2+/∶SC(NH2)2的摩爾濃度比為1∶0.5-5，所得溶液記為B；3)向B溶液中加入分析純的乙二胺四乙酸或聚乙烯基吡咯烷酮，使乙二胺四乙酸或聚乙烯基吡咯烷酮的濃度為0.0025mol/L-0.025mol/L，然后調節溶液的pH值為2.0～6.9，攪拌形成均勻溶膠，記為C，作為鍍膜液備用；4)清洗基片將基片分別在水中和無水乙醇中各超聲波震蕩10分鐘，將質量濃度為70％的硝酸和質量濃度為30％的雙氧水按1∶1的體積比混合后將基片浸泡在混合液中活化處理10分鐘；5)將C溶液倒入水熱反應釜中，填充度控制在50-80％；然后將已經活化處理后的基片放置在水熱釜中，浸于鍍膜液體中；密封水熱反應釜，將其放入MDS-6型溫壓雙控微波水熱反應儀中；選擇溫控模式或者壓控模式進行反應，所述溫控模式的水熱溫度控制在80-180℃，壓控模式的水熱壓力控制在0.5MPa-4.0MPa，反應時間控制在10min-60min，反應結束后自然冷卻到室溫；6)打開水熱反應釜，取出基片，分別用蒸餾水和無水乙醇清洗后，放入120℃的真空干燥箱內干燥后即在基板表面獲得CdS光電薄膜。
2. 根據權利要求1所述的微波水熱制備CdS薄膜的方法，其特征在于所述的基片為 載玻片、ITO玻璃、Si基板或A1A玻璃。
全文摘要
一種微波水熱制備CdS薄膜的方法，將CdCl2·H2O加入到去離子水中得溶液A；向A溶液中加入Na2S2SO3·5H2O或SC(NH2)2得溶液B；向B溶液中加入乙二胺四乙酸或聚乙烯基吡咯烷酮，得溶液C；將C溶液倒入水熱反應釜中，然后基片放置在水熱釜中，浸于鍍膜液體中；密封水熱反應釜，將其放入MDS-6型溫壓雙控微波水熱反應儀中，反應結束后自然冷卻到室溫；打開水熱反應釜，取出基片，分別用蒸餾水和無水乙醇清洗后，真空干燥即在基板表面獲得CdS光電薄膜。本發明的反應在液相中一次完成，制得的CdS薄膜純度高，均一性好，薄膜與基板結合牢固，不需要后期的晶化熱處理。
文檔編號H01L31/0264GK101698963SQ20091021882
公開日2010年4月28日 申請日期2009年10月30日 優先權日2009年10月30日
發明者吳建鵬, 曹麗云, 李嘉胤, 胡寶云, 黃劍鋒 申請人:陜西科技大學