真空蒸发制备稀土掺杂CdTe薄膜及其特性研究

论文摘要

采用真空蒸发法在玻璃衬底上制备了稀土Nd、Dy掺杂的CdTe薄膜,在氮气气氛中,分别在300℃、400℃、500℃下对薄膜进行热处理,并采用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪及紫外可见分光光度计对薄膜的性质进行了测试。通过测试结果,分析并优化了CdTe薄膜的制备工艺,同时研究了稀土Nd、Dy掺杂对CdTe特性的影响。实验结果表明:高纯单质镉与碲按照原子配比Cd:Te=1:0.6混合蒸发,可制备较理想的纯CdTe薄膜。在氮气保护下,经过T=500℃,t=10min的热处理,可获得完全为CdTe物相的多晶薄膜;而在较低温度的热处理条件下,薄膜中普遍存在富Te的情况,随着热处理温度的升高,薄膜中Te的物相含量逐渐减少,使样品的晶体结构逐渐趋近于纯CdTe的物相。稀土掺杂对CdTe薄膜的晶体学、光学性质产生了明显影响。掺杂Nd抑制了CdTe的化合,同时使薄膜中富Te的情况更加严重,而且掺杂Nd使CdTe薄膜具有了沿(111)晶向的择优取向,使薄膜的晶格常数与晶胞体积有所增大、透射增强,且光学带隙略有减小。掺杂Dy与掺杂Nd对CdTe薄膜有相似的影响,抑制了CdTe的化合与结晶,使薄膜的晶粒尺寸明显增大、光学带隙明显减小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景及现状
• 1.1.1 CdTe薄膜在太阳电池中的应用
• 1.1.2 CdTe薄膜的制备及研究现状
• 1.1.3 稀土掺杂CdTe薄膜的制备及研究现状
• 1.2 本文的研究目的
• 第二章 理论基础
• 2.1 CdTe薄膜的性质
• 2.2 稀土元素的性质
• 2.2.1 稀土元素的电子层结构特点和价态
• 2.2.2 稀土元素的热学性质
• 2.3 X射线衍射分析
• 2.3.1 XRD物相定性分析
• 2.3.2 物相含量计算
• 2.3.3 晶粒尺寸的计算
• 2.3.4 晶格常数的计算
• 2.4 光学带隙的计算原理
• 第三章 实验设计
• 3.1 实验药品
• 3.2 实验仪器
• 3.3 样品制备
• 3.3.1 纯CdTe薄膜制备
• 3.3.2 稀土掺杂CdTe薄膜制备
• 3.4 样品测试
• 第四章 实验结果与讨论
• 4.1 纯CdTe薄膜特性
• 4.1.1 结构分析
• 4.1.2 XPS能谱分析
• 4.1.3 光学性质
• 4.1.4 小结
• 4.2 稀土钕掺杂CdTe薄膜特性
• 4.2.1 结构分析
• 4.2.2 XPS能谱分析
• 4.2.3 光学性质
• 4.2.4 小结
• 4.3 稀土镝掺杂CdTe薄膜特性
• 4.3.1 结构分析
• 4.3.2 XPS能谱分析
• 4.3.3 光学性质
• 4.3.4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表学术论文及参加科研项目