[发明专利]一种在水相碱性条件下电化学制备碲化镉半导体薄膜的方法

说明书

技术领域    

本发明涉及碲化镉半导体薄膜制备技术领域，特别涉及一种在水相碱性条件下电化学制备碲化镉半导体薄膜的方法。

背景技术   

CdTe是重要的II-VI族化合物半导体材料，具有直接带隙结构，其多晶薄膜的带隙宽度为1.45 eV，与入射到地面的太阳光谱十分匹配。同时CdTe薄膜是一种p 型半导体材料，载流子的迁移率较高，吸收系数大于10⁵ cm^-1，是一种理想的太阳电池吸光材料，应用前景广泛。

目前CdTe多晶薄膜的制备有近十余种技术，如物理气相沉积法、近空间升华法（Close-space sublimation，CSS）、气相输运沉积法、溅射法、电化学沉积法、喷涂沉积法、金属有机化学气相沉积法、丝网印刷沉积法等。其中，电化学沉积技术由于其工艺简单、沉积效率高、可控性和重复性好以及成本低等优势，具有非常好的应用前景。例如公告号为CN100590893C，名称为一种用于光伏电池的II-VI族半导体薄膜的制备方法的中国专利，采用水热晶化法制备出ZnS、Cu₂S薄膜。1978年美国《电化学学会杂质》最早报道的“一种从水性电解质中阴极电化学沉积CdTe薄膜” 的方法（M.P.R. Panicker, M. Knaster and P.A. Kroger, Cathodic deposition of CdTe from aqueous electrolytes, Journal of the Electrochemical Society, 1978, 125 (4): 566-572）以及2004年报道的“高Te浓度的酸性溶液中CdTe的电化学沉积”（C. Lepiller, D. Lincot, New facets of CdTe Electrodeposition in Acidic Solutions with Higher Tellurium Concentrations, Journal of The Electrochemical Society, 2004, 151(5): C348-357）等，但上述电化学沉积方法采用强酸性电解质溶液，存在强酸性溶液对沉积基底如ZnO、CdS等具有腐蚀性和容易发生析氢造成针状气孔的缺点。为此，日本的K. Murase等人开发了一种Cd-Te-NH₃-H₂O体系在碱性条件下（pH>10）沉积CdTe薄膜（从氨碱性水溶液中电化学沉积CdTe薄膜的组成和导电类型控制，Control of composition and conduction type of CdTe film electrodeposited from ammonia alkaline aqueous solutions, Journal of the Electrochemical Society, 146(12)4477-4484(1999)）。但由于氨对Cd离子络合弱，只能在低的阴极电位下沉积，否则就会沉积出大量金属镉。目前报道的技术都是在低于-1.0V电位下Cd和Te的合金膜，再通过高温获得CdTe的结晶薄膜。结果，由于结晶导致薄膜收缩率大产生大量空洞，均匀性差。

发明内容   

为了解决以上碱性条件下电沉积只能在低的阴极电位下沉积、得到的薄膜收缩率大产生大量空洞、均匀性差的问题，本发明提供了一种在水相碱性条件下，直接通过电化学沉积制备出结晶态的CdTe薄膜，减少高温结晶收缩，提高致密度的电化学制备碲化镉半导体薄膜的方法。

本发明是通过以下措施实现的：

一种在水相碱性条件下电化学制备碲化镉半导体薄膜的方法，采用三电极电化学沉积体系，在温度为20℃～80℃、阴极沉积电位为-1.0V~-2.0V下从碱性前躯体沉积溶液中电化学沉积CdTe薄膜在沉积基体上，沉积时间为10~120min，将沉积出的CdTe薄膜退火处理；

所述碱性前躯体沉积溶液中含有0.0001 ~ 0.5mol/L碲的前躯体、0.005 ~ 0.5mol/L镉盐和0.005 ~ 0.5mol/L络合剂；

所述的络合剂为乙二胺四乙酸或氨三乙酸。

碱性前躯体沉积溶液中优选含有0.001~0.01mol/L碲的前驱体、0.005~0.05mol/L镉盐和0.01~0.03mol/L络合剂。

优选碱性前躯体沉积溶液中碲的前躯体与镉盐的摩尔比率为1:1~5，镉盐和络合剂的摩尔比率为1:1~4，碱性前躯体沉积溶液pH为7.5~11.5。