研究目的
研究采用单靶射频磁控溅射技术制备铜锌锡硫(CZTS)黄铜矿薄膜的工艺及其优化,应用于太阳能电池领域。
研究成果
该研究通过优化射频功率、ISST和PDAT参数,利用单四元靶材的射频磁控溅射技术成功制备出单相晶体CZTS薄膜。该薄膜具有1.49 eV的带隙、P型导电性以及良好的载流子浓度和霍尔迁移率,适用于太阳能电池应用。
研究不足
该研究的局限性在于需要优化射频功率、ISST和PDAT参数,以实现无需后硫化工艺的单相晶体CZTS。溅射和退火过程中的元素损失(尤其是锌和锡)可能影响CZTS薄膜的化学计量比和性能。
1:实验设计与方法选择:
采用射频磁控溅射法从单一四元靶材制备CZTS薄膜。通过优化射频功率、原位衬底温度(ISST)和沉积后退火温度(PDAT)获得单相结晶CZTS。
2:样品选择与数据来源:
使用硅衬底沉积CZTS薄膜。衬底依次经2%氢氟酸与去离子水混合液清洗、丙酮超声处理,并在热风烘箱中干燥。
3:实验设备与材料清单:
射频磁控溅射系统(爱德华兹公司,容量300 l/s)、管式退火炉、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(英国雷尼绍inVia显微拉曼)、原子力显微镜(Veeco多模8型)、扫描电子显微镜(TESCAN VEGA 3)、X射线能谱仪(EDAX)、高分辨透射电镜(JEOL/JEM 2100)、X射线光电子能谱(FEI PHI 5000 Versa Probe II)、紫外-可见-近红外分光光度计(日本岛津UV-3600 plus)、荧光光谱仪(Jobin Yvon FLUOROLOG-FL3-11)及霍尔测量系统(安捷伦B1500A)。
4:3)、X射线能谱仪(EDAX)、高分辨透射电镜(JEOL/JEM 2100)、X射线光电子能谱(FEI PHI 5000 Versa Probe II)、紫外-可见-近红外分光光度计(日本岛津UV-3600 plus)、荧光光谱仪(Jobin Yvon FLUOROLOG-FL3-11)及霍尔测量系统(安捷伦B1500A)。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:溅射过程在25 sccm氩气氛围及约6.5×10-3 mbar工作压强下进行,沉积时间60分钟。溅射后薄膜在真空管式炉中经500°C退火处理60分钟。
5:5×10-3 mbar工作压强下进行,沉积时间60分钟。溅射后薄膜在真空管式炉中经500°C退火处理60分钟。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:采用XRD和拉曼光谱分析结晶度与物相形成;通过原子力显微镜和扫描电镜研究表面形貌;利用紫外-可见-近红外分光光度计和光致发光光谱测试光学性能;通过霍尔效应测量评估电学特性。
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Atomic force microscope
Multimode 8
Veeco Nanoscope
Used to study the surface morphology of CZTS thin films.
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High resolution transmission electron microscope
JEOL/JEM 2100
JEOL
Used to study the crystal structure of CZTS thin films.
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X-ray photoelectron spectroscopy
PHI 5000 Versa Probe II
FEI
Used to analyze the chemical states of the elements in CZTS thin films.
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UV-Vis-NIR spectrophotometer
UV-3600 plus
Shimadzu
Used to examine the optical properties of CZTS thin films.
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Hall measurement system
B1500A
Agilent
Used to study the electrical properties of CZTS thin films.
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RF magnetron sputtering system
Edwards
Used for the deposition of CZTS thin films from a single quaternary target.
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Scanning electron microscope
VEGA 3
TESCAN
Used to study the surface morphology and elemental composition of CZTS thin films.
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Fluorescence Spectrometer
FLUOROLOG-FL3-11
Jobin Yvon
Used to record the photoluminescence spectra of CZTS thin films.
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