采用真空蒸發(fā)鍍膜技術在玻璃襯底上制備了Sb 摻雜的CdTe 薄膜，薄膜為沿(111)晶向擇優(yōu)生長的立方閃鋅礦結構的CdTe，結果表明Sb 摻雜使得薄膜表面更加均勻致密，改善了薄膜的結晶狀況，增大了薄膜的光吸收范圍，同時也使薄膜的帶隙寬度有所減小，大大降低了薄膜的電阻率。

　　CdTe 是典型的Ⅱ - Ⅵ族化合物直接禁帶半導體，能隙寬度為1.45 eV，具有良好的光電學特性，因此CdTe 近年來被人們廣泛的應用于薄膜太陽電池中。目前CdTe 薄膜太陽能電池在實驗室中獲得的最高光電轉換效率是17.3%。但這與CdTe 薄膜太陽能電池的理論效率29%仍然相差很遠，因此真空技術網(wǎng)(http://bjjyhsfdc.com/)認為利用摻雜特性改變薄膜的晶體學和光電學性質，進一步提高CdTe 薄膜太陽能電池的轉換效率具有一定的現(xiàn)實意義。

　　本文利用真空蒸發(fā)法制備了Sb 摻雜的CdTe 薄膜，研究了摻雜量、退火溫度對薄膜的形貌、結構及光電學性質的影響，為進一步提高CdTe 薄膜電池的轉換效率進行了一些探索。

1、實驗

1.1、薄膜制備

　　我們采用真空蒸發(fā)法制備不同Sb 摻雜比的CdTe 薄膜，將清洗烘干好的玻璃片放置于真空室內(nèi); 把高純CdTe 與Sb 按不同原子比(A=Sb：CdTe=0, 0.008, 0.03, 0.07) 充分混合研磨后放置于鉬舟中;將蒸發(fā)室抽真空至真空度10^-4 Pa 以上，調(diào)整蒸發(fā)電流、蒸發(fā)時間至合適值，改變襯底溫度制備出不同Sb 摻雜比例的CdTe 薄膜，薄膜厚度均為1.2 μm。將制備好的薄膜在氬氣的保護下進行不同溫度的退火處理。

1.2、性能測試

　　用X 射線衍射儀對薄膜晶體結構進行測試分析，紫外可見分光光度計、霍爾效應測試儀和原子力顯微鏡對薄膜的導電類型、光、電學性能及表面形貌特性進行了測試。

2、結果與討論

2.1、薄膜的表面形貌特征

　　首先對摻雜前后CdTe 薄膜的表面形貌進行了測試，如圖1 所示，由圖可以看出純CdTe 薄膜表面十分不均勻，晶粒大小不一而且有大顆粒析出，其平均粗糙度為Sa=8.03 nm。當摻雜濃度為Sb：CdTe=0.03 時可以明顯的看出CdTe 薄膜表面變得更加致密，晶粒大小也更加均勻，其平均粗糙度下降為Sa=5.24 nm。繼續(xù)增加Sb 的摻入量以后(Sb：CdTe=0.07)，CdTe 顆粒界線不明顯，晶界模糊，表而較平整致密，而平均粗糙度Sa 則增大到了8.62nm。這表明適當?shù)腟b 摻雜可以改善薄膜表面的致密度和均勻度。

圖1 Sb 摻雜CdTe 薄膜的AFM圖

2.2、薄膜的物相和結構

　　為了分析摻雜量對CdTe 薄膜物相結構的影響，我們對摻雜前后的CdTe 薄膜進行了XRD 測試，圖2 為其結果(襯底溫度為150℃，退火溫度為400℃)。由圖2 可以看出未摻雜和不同摻雜濃度樣品的XRD 的擇優(yōu)取向均為(111)晶向，其三強峰分別對應(111)、(220)、(311) 晶向， 與標準PDF65- 8879 卡相吻合,薄膜仍為立方閃鋅礦結構。圖譜中均未出現(xiàn)Sb 單質物相。隨著摻雜濃度增加，薄膜的各個晶向衍射峰強度均有所增加，當摻雜濃度為Sb：CdTe=1:0.03 時衍射峰峰強最強，繼續(xù)增大摻雜比率樣品的(111)晶向峰強明顯降低，(220)方向峰強開始增大。比較不同Sb 含量的衍射曲線可知：最佳摻雜比率為Sb：CdTe=0.03，在此條件下薄膜的結晶性能得到了明顯的改善。

圖2 Sb 摻雜的CdTe 薄膜的XRD 圖

　　圖3 是CdTe 薄膜在不同熱處理溫度下的XRD 圖，熱處理時間為20 min，摻雜濃度為CdTe:Sb=1:0.03、襯底溫度為150℃。由圖可以看出當退火溫度為350℃時XRD 的擇優(yōu)取向為(111)晶向，在(220)、(311)晶向上的峰強很弱，當溫度升高到400℃時薄膜的三強峰均有所增強，而且其它晶向上也開始出現(xiàn)小峰。當溫度進一步升高到425℃時，CdTe 薄膜的三強峰強度變化不大，而且熱處理溫度越高越容易引進更多缺陷。故綜合考慮認為: 摻雜后薄膜的最佳熱處理條件為T=400℃，t=20 min。

圖3 不同熱處理條件下CdTe 薄膜的XRD 圖

　　由XRD 圖譜對樣品的晶格常數(shù)和晶粒尺寸進行了計算，如表1 所示。結果發(fā)現(xiàn)摻Sb 使CdTe 薄膜的晶格常數(shù)有所減小, 這可能是因為Sb3+ 的離子半徑小于Cd2+的離子半徑,所以少量Sb3+ 的替位使CdTe 薄膜的晶格常數(shù)略有減小,但是變化的幅度不是很大,因為CdTe 的自補償效應很難得到高摻雜的CdTe薄膜，故其主要成分仍然是CdTe，所以與純CdTe薄膜的晶格常數(shù)接近。通過謝樂公式計算了樣品晶粒尺寸,計算結果表明,摻雜Sb 使CdTe 的晶粒尺寸有比較明顯的增大。

3、結論

　　(1)采用真空蒸發(fā)技術制備出了Sb 摻雜的CdTe 薄膜，薄膜為立方閃鋅礦結構，沿(111)晶相擇優(yōu)生長。摻雜Sb 促進了薄膜的結晶，使晶粒尺寸有所增長。

　　(2) 摻雜Sb 后，薄膜的表面粗糙度有所減小，薄膜表面變得更加致密，晶粒大小也更加均勻，當摻雜濃度過大時薄膜粗糙度有所增大。

　　(3)摻雜Sb 增強了CdTe 薄膜的光吸收特性，光學帶隙明顯減小、吸收限紅移，增寬CdTe 薄膜的光吸收范圍。

　　(4)摻雜Sb 使CdTe 薄膜的載流子濃度有所增加，薄膜的電阻率明顯減小，而且摻雜前后CdTe薄膜的導電類型均為P 型。