電化學沉積法制備Bi-,2-S-,3-光學薄膜研究.pdf

1、Bi2S3材料是一種非常有潛力的半導體材料,在光電方面有重要的應用。基于薄膜材料在太陽能光電池方面的應用以及電沉積制備薄膜技術的優(yōu)點,本論文對電化學法沉積Bi2S3薄膜進行了系統(tǒng)的研究。
　　 采用陰極恒電壓法在ITO導電玻璃上電沉積了Bi2S3薄膜,利用X-射線衍射儀(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、原子力顯微鏡(AFM)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)及紫外/可見/近紅外光譜儀對所制備的薄膜的結構、形貌、光學性能

2、進行了表征。研究了沉積溶液的pH值、沉積液濃度配比、沉積時間、沉積電壓、沉積溫度等工藝因素對制備薄膜的影響;采用微波水熱法電沉積法制備薄膜進行了后處理;采用電沉積法制備了Sn摻雜Bi2S3薄膜。
　　 結果表明:在電沉積溶液pH=4.5,沉積時間為20min,沉積電壓為1.5V,在Bi(NO3)3,Na2S2O3和Na3C6H5O7濃度比為1:7:1,加入檸檬酸三鈉作絡合劑的情況下,可以得到沿(240)晶面生長均勻致密的Bi2S

3、3納米薄膜。沉積溶液的pH值在4.0～6.5的范圍內可制得沿(240)晶面取向生長的Bi2S3薄膜;在此pH值范圍內,隨著沉積溶液pH值的升高,Bi2S3薄膜表面衍射峰逐漸增強,結晶程度變好,晶粒細化,紅外透過比提高。電沉積制備Bi2S3薄膜的過程中需要確定合適的各組分濃度配比,隨著沉積溶液配比中Na2S2O3濃度的提高,Bi2S3薄膜的結晶性能提高,發(fā)光性能增強;在濃度配比為:1:5:1,1:7:1,1:9:1時制得的Bi2S3薄膜均

4、在紫外光的激發(fā)下均具有藍綠發(fā)光性能。隨著沉積時間的延長,Bi2S3薄膜結晶性能先增強后減弱,薄膜表面晶粒尺寸增大,合適的沉積時間是20min。隨著沉積溶液溫度的增加,Bi2S3薄膜的各晶面衍射峰逐漸增強,結晶程度逐漸提高,合適的沉積溫度是40℃。在電沉積法中,其生長模式是基于電場力對離子的作用而誘導產生的垂直于基板方向的層狀生長。
　　 采用微波水熱輔助電沉積法可以高效的提高Bi2S3薄膜的質量。在微波水熱130℃反應10min

5、時制備了具有納米棒結構的Bi2S3薄膜。隨著微波水熱溫度的提高,所制備Bi2S3薄膜的結晶性能先增強后降低,合適的溫度是130℃。隨著微波水熱時間的提高,薄膜的結晶性能先提高后降低,合適的微波水熱處理時間是30min。所制得的薄膜具有較強的吸收紫外光的能力;與電沉積法制得薄膜相比,采用微波水熱輔助電沉積法制得Bi2S3薄膜的禁帶寬度由1.44 eV增加到1.84 eV。
　　 采用電沉積法制備了Sn摻雜Bi2S3納米薄膜。隨著摻