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锑（Sb）掺杂Sn_2S_3薄膜的制备及结构与光电特性

作　者: 卢建丽
导　师: 李健
学　校: 内蒙古大学
专　业: 物理电子学
关键词: 真空热蒸发 Sn2S3薄膜锑掺杂热处理光电特性
分类号: O484.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

采用真空蒸发法在玻璃衬底上制备Sb掺杂Sn₂S₃薄膜。在氮气保护下对薄膜进行不同条件的热处理,获得性能良好的正交晶系Sn₂S₃多晶薄膜。研究Sb掺杂含量及不同热处理条件对Sn₂S₃薄膜的物相结构及光电特性的影响。XRD分析显示:采用Sn:S混合粉末比例为1:1.2（at%）制备出的薄膜,经T=380℃、400℃、430℃,t=40min热处理都可获得正交结构的Sn₂S₃薄膜,最佳热处理条件为380℃处理40min,相应的平均晶粒尺寸约为76.71nm。在相同温度条件下,掺Sb可明显减少热处理的时间。5%（质量比）掺Sb制备的薄膜在T=380℃,t=30min热处理后,可得到晶相结构完整的Sn₂S₃多晶薄膜,平均晶粒尺寸为56.91nm。SEM分析给出,Sn₂S₃薄膜表面颗粒大小均匀,膜面致密,有轻微颗粒聚集现象。能谱分析给出:Sn₂S₃薄膜体内化学计量比为1:1.49,与标准计量比非常接近。掺Sb为5%的Sn₂S₃薄膜体内Sn与S化学比例为1:0.543,化学计量比偏离较大锡过量。XPS分析给出:Sn₂S₃薄膜表面Sn与S比例为1:1.4;掺Sb为5%的Sn₂S₃薄膜表面Sn与S比例为1:0.17,化学计量比偏失较大。Sn₂S₃薄膜中的Sn和S以Sn²⁺、Sn⁴⁺、S^2-的形式存在,Sb元素显示正5价。Sn₂S₃薄膜有良好的光吸收特性,在500nm以下对光完全吸收,直接光学带隙在1.9-2.3eV。掺Sb5%后的Sn₂S₃薄膜光吸收非常强,相应的直接光学带隙为1.56eV。制备的Sn₂S₃薄膜导电类型均为n型,未掺Sb的薄膜电阻很大约为10⁵Ω;掺Sb后约降低近三个数量级,适量的Sb掺杂能明显改善Sn₂S₃薄膜的电学特性。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章引言  11-18
  1.1 研究背景及现状  11-14
    1.1.1 太阳电池材料研究现状  12-13
    1.1.2 硫族锡化物薄膜的研究及应用  13-14
  1.2 Sn_2S_3薄膜的基本性质与制备方法  14-16
    1.2.1 Sn_2S_3基本性质  14-15
    1.2.2 Sn_2S_3薄膜制备方法  15-16
  1.3 薄膜的热处理工艺  16-17
  1.4 本项研究的目的及意义  17-18
第二章实验  18-23
  2.1 实验设备  18
  2.2 实验药品  18
  2.3 玻璃衬底及蒸发源的清洁处理  18-19
  2.4 薄膜的制备  19-20
    2.4.1 Sn_2S_3薄膜制备  19
    2.4.2 Sb掺杂薄膜的制备  19-20
  2.5 测试方法及仪器  20
  2.6 薄膜的热处理工艺  20-23
第三章结果与讨论  23-44
  3.1 薄膜的结构特性  23-29
    3.1.1 未掺杂Sn_2S_3薄膜结构特性  23-25
    3.1.2 3%Sb掺杂薄膜的结构特性  25-26
    3.1.3 5%Sb掺杂薄膜的结构特性  26-28
    3.1.4 薄膜晶粒尺寸计算  28-29
  3.2 薄膜表面形貌特征及化学组分  29-32
    3.2.1 未掺杂Sn_2S_3薄膜的表面形貌及组分分析  29-31
    3.2.2 5%Sb掺杂Sn_2S_3薄膜表面形貌特征及化学组分  31-32
  3.3 薄膜表面化学成分分析  32-37
    3.3.1 X射线光电子能谱(XPS)分析原理  32-33
    3.3.2 Sn_2S_3薄膜表面能谱分析  33-35
    3.3.3 5%Sb掺杂Sn_2S_3薄膜表面能谱分析  35-37
  3.4 薄膜的导电特性  37-38
  3.5 薄膜的光学特性  38-44
    3.5.1 半导体光吸收系数与光学带隙的关系  38-39
    3.5.2 未掺杂Sn_2S_3薄膜的光学特性  39-41
    3.5.3 5%掺Sb的Sn_2S_3薄膜光学特性  41-44
第四章结论  44-45
参考文献  45-48
致谢  48-49
硕士期间发表学术论文  49
硕士期间参加的科研课题  49

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