退火对In(OH)xSy光电性能的影响

引言

羟基硫化铟具有资源丰富、价格低廉、无毒、耐辐射、耐高温、化学稳定性好等特点，是一种非常重要的光电、光伏和光传感薄膜材料。对这种材料的一些处理包括热退火，这是一种用于内部应力释放、结构改善和表面粗糙化以控制其光电特性的工艺。以定性的方式，退火随温度和时间改变表面形态、本征参数和电子迁移率。在本工作中，我们华林科纳讨论了退火过程中In(OH)xSy薄膜表面改性的原因。在373–573k的温度范围内，对退火引起的电学和光学效应进行了研究，并在氮气中的不同退火温度下进行了表征。使用光学测量数据和模拟数据，采用Scout软件，结果表明，提高退火温度会导致透射率略有下降，从而使能带隙值在2.79–3.32 eV之间变化。结论是退火影响了薄膜的光学透射率和电阻，使得薄膜有潜力用于光伏和光传感应用。

介绍

由于其稳定性、宽带隙和光电导性，硫化铟是光电、光伏和许多其他技术应用的有前途的候选材料21].据报道，硫化铟薄膜的光学带隙值在2.0-2.4 eV范围内，取决于物理或化学工艺沉积[2].引起光学带隙异常加宽的一种可能性是用氧取代一些硫，以便合成同质的In2S3-3xO3x14].含有氢氧化物或氧化物和氢氧化物的缓冲层的另一种可能性是使用硫化物的CBD，因为缓冲层的组成通常取决于沉积方法和制备条件[9].根据对固态DSSC的电子工程所做的研究，界面复合的传播在像η-太阳能电池这样的系统中可能是非常重要的6并且In(OH)xSy是提出的缓冲层之一层已经通过湿CBD沉积，并且已经证明是TiO2太阳能电池的良好缓冲，其带隙能量根据In(OH)xSy的化学计量在2.4-3.4 eV的范围内变化14,24].获得的暗I-V特性证实In(OH)xSy涂层是良好的，并且没有可能导致电流短路的针孔。因此，在300 ℃退火30分钟后，材料从非晶态变为晶态，并且还变得略微富含In2S3含量24,20].当用p型吸收体填充时，缓冲膜可以最小化电子-空穴对复合和n型半导体的能力25].通过CBD沉积的In(OH)xSy涂层的暗I- V特性证实其适用于PV电池，并且不具有会引起分流问题的多孔性。一般来说，太阳能电池在光照下开路电压和短路电流密度的性能分别为0.27 V和11.7 mA/cm2。

结果和讨论

透射率、反射率和吸收率。沉积的In(OH)xSy薄膜是淡黄色的，但是在氩气氛中退火大约60分钟后，它们变得有光泽和镜面反射。在100–300°C范围内，颜色变化的强度随着退火温度的变化而变化。在300°C退火的薄膜是最镜面的。在300-1100 μm的波长范围内(图2a ),生长的(OH)xSy薄膜的平均测量透射率为74.5 %。进一步的分析表明，这样高的透射率在理论上相当于η太阳能电池中缓冲层应用的最佳参数。

对退火后的膜进行比较，观察到(图2d)退火温度升高至240℃导致透射率略微降低，随后随着退火温度升高透射率升高。此后，透射率突然增加。这种现象归因于材料的再结晶这导致不饱和缺陷随着材料分解而减少。然后解释了在热退火过程中，不饱和缺陷逐渐退火，结果是它们产生大量饱和键.这样大的饱和键实际上减少了不饱和缺陷的数量这又降低了能带结构中的局域态密度。这最终导致光学带隙的增加最适合光传感和光吸收应用。

结论

采用化学气相沉积技术，在不同的沉积条件和沉积参数下，成功地在玻璃衬底上制备了In(OH)xSy薄膜。研究了退火对In(OH)xSy光电性能的影响发现带隙能量值，

沉积态Eg在2.79-2.79之间3.32 eV。透射率在大约270℃时突然增加而下降，这归因于重结晶，因为薄膜具有大的带隙和低的消光和吸收系数。发现了薄层电阻率为9.03-0.35107ω厘米和薄膜所获得的特性表明该膜可以形成用于光电应用的良好材料，特别是在太阳能电池、发光二极管和光电探测器中。

审核编辑：汤梓红