退火對(duì)In(OH)xSy光電性能的影響

引言

羥基硫化銦具有資源豐富、價(jià)格低廉、無(wú)毒、耐輻射、耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，是一種非常重要的光電、光伏和光傳感薄膜材料。對(duì)這種材料的一些處理包括熱退火，這是一種用于內(nèi)部應(yīng)力釋放、結(jié)構(gòu)改善和表面粗糙化以控制其光電特性的工藝。以定性的方式，退火隨溫度和時(shí)間改變表面形態(tài)、本征參數(shù)和電子遷移率。在本工作中，我們?nèi)A林科納討論了退火過(guò)程中In(OH)xSy薄膜表面改性的原因。在373–573k的溫度范圍內(nèi)，對(duì)退火引起的電學(xué)和光學(xué)效應(yīng)進(jìn)行了研究，并在氮?dú)庵械牟煌嘶饻囟认逻M(jìn)行了表征。使用光學(xué)測(cè)量數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)，采用Scout軟件，結(jié)果表明，提高退火溫度會(huì)導(dǎo)致透射率略有下降，從而使能帶隙值在2.79–3.32 eV之間變化。結(jié)論是退火影響了薄膜的光學(xué)透射率和電阻，使得薄膜有潛力用于光伏和光傳感應(yīng)用。

介紹

由于其穩(wěn)定性、寬帶隙和光電導(dǎo)性，硫化銦是光電、光伏和許多其他技術(shù)應(yīng)用的有前途的候選材料21].據(jù)報(bào)道，硫化銦薄膜的光學(xué)帶隙值在2.0-2.4 eV范圍內(nèi)，取決于物理或化學(xué)工藝沉積[2].引起光學(xué)帶隙異常加寬的一種可能性是用氧取代一些硫，以便合成同質(zhì)的In2S3-3xO3x14].含有氫氧化物或氧化物和氫氧化物的緩沖層的另一種可能性是使用硫化物的CBD，因?yàn)榫彌_層的組成通常取決于沉積方法和制備條件[9].根據(jù)對(duì)固態(tài)DSSC的電子工程所做的研究，界面復(fù)合的傳播在像η-太陽(yáng)能電池這樣的系統(tǒng)中可能是非常重要的6并且In(OH)xSy是提出的緩沖層之一層已經(jīng)通過(guò)濕CBD沉積，并且已經(jīng)證明是TiO2太陽(yáng)能電池的良好緩沖，其帶隙能量根據(jù)In(OH)xSy的化學(xué)計(jì)量在2.4-3.4 eV的范圍內(nèi)變化14,24].獲得的暗I-V特性證實(shí)In(OH)xSy涂層是良好的，并且沒(méi)有可能導(dǎo)致電流短路的針孔。因此，在300 ℃退火30分鐘后，材料從非晶態(tài)變?yōu)榫B(tài)，并且還變得略微富含In2S3含量24,20].當(dāng)用p型吸收體填充時(shí)，緩沖膜可以最小化電子-空穴對(duì)復(fù)合和n型半導(dǎo)體的能力25].通過(guò)CBD沉積的In(OH)xSy涂層的暗I- V特性證實(shí)其適用于PV電池，并且不具有會(huì)引起分流問(wèn)題的多孔性。一般來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能電池在光照下開(kāi)路電壓和短路電流密度的性能分別為0.27 V和11.7 mA/cm2。

結(jié)果和討論

透射率、反射率和吸收率。沉積的In(OH)xSy薄膜是淡黃色的，但是在氬氣氛中退火大約60分鐘后，它們變得有光澤和鏡面反射。在100–300°C范圍內(nèi)，顏色變化的強(qiáng)度隨著退火溫度的變化而變化。在300°C退火的薄膜是最鏡面的。在300-1100 μm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)(圖2a ),生長(zhǎng)的(OH)xSy薄膜的平均測(cè)量透射率為74.5 %。進(jìn)一步的分析表明，這樣高的透射率在理論上相當(dāng)于η太陽(yáng)能電池中緩沖層應(yīng)用的最佳參數(shù)。

對(duì)退火后的膜進(jìn)行比較，觀察到(圖2d)退火溫度升高至240℃導(dǎo)致透射率略微降低，隨后隨著退火溫度升高透射率升高。此后，透射率突然增加。這種現(xiàn)象歸因于材料的再結(jié)晶這導(dǎo)致不飽和缺陷隨著材料分解而減少。然后解釋了在熱退火過(guò)程中，不飽和缺陷逐漸退火，結(jié)果是它們產(chǎn)生大量飽和鍵.這樣大的飽和鍵實(shí)際上減少了不飽和缺陷的數(shù)量這又降低了能帶結(jié)構(gòu)中的局域態(tài)密度。這最終導(dǎo)致光學(xué)帶隙的增加最適合光傳感和光吸收應(yīng)用。

結(jié)論

采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)，在不同的沉積條件和沉積參數(shù)下，成功地在玻璃襯底上制備了In(OH)xSy薄膜。研究了退火對(duì)In(OH)xSy光電性能的影響發(fā)現(xiàn)帶隙能量值，

沉積態(tài)Eg在2.79-2.79之間3.32 eV。透射率在大約270℃時(shí)突然增加而下降，這歸因于重結(jié)晶，因?yàn)楸∧ぞ哂写蟮膸逗偷偷南夂臀障禂?shù)。發(fā)現(xiàn)了薄層電阻率為9.03-0.35?107ω?厘米和薄膜所獲得的特性表明該膜可以形成用于光電應(yīng)用的良好材料，特別是在太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管和光電探測(cè)器中。