硫化銦薄膜材料的拉曼光譜研究
介紹
硫化銦（In2S3 ）[1]是一種具有極高潛在利用價值的半導(dǎo)體材料，可作為CIGS薄膜太陽能電池的緩沖層材料，并有望作為Cds緩沖層的替代材料，在光伏與光電器件上有很好的應(yīng)用前景。 In2S3在常溫常壓下比較穩(wěn)定，屬于立方晶系，具有四面體和八面體的空間結(jié)構(gòu)，并存在高密度的In空位。 一般存在α、β、r 3種相，常溫下穩(wěn)定的為β 相。
In2S3內(nèi)含有大量的In空位，這個特點使摻雜的金屬原子容易進入In空位并與周圍的原子成鍵，進而表現(xiàn)出特定的光學(xué)、電學(xué)及磁學(xué)特性。目前，針對In2S3薄膜的研究主要集中在材料的制備以及光電性能的測試與分析方面。但對于In2S3摻雜改性的研究報道較少。
實驗
拉曼光譜技術(shù)是一種無損傷、靈敏度高、操作簡捷的測試手段，通過拉曼光譜表征摻雜前后In2S3薄膜的拉曼特征峰頻移情況，可以對其摻雜機理進行分析與討論，闡述摻雜對薄膜晶體結(jié)構(gòu)的影響。
試驗設(shè)備：顯微共聚焦拉曼光譜儀系統(tǒng) Finder Vista、Andor iDus416 CCD探測器；激光器波長為532nm；光譜儀參數(shù)：500焦距，600g/mm；掃描目鏡 100X。
圖 硫化銦的拉曼光譜圖
圖中（a）為 In2S3的拉曼光譜圖，退火溫度300℃；（b）為銅摻雜的In2S3的拉曼光譜圖，退火溫度300℃；（c）為銅摻雜的In2S3的拉曼光譜圖，退火溫度250℃。
拉曼光譜分析
從圖中發(fā)可以看出304 cm-1、930 cm-1波數(shù)處的特征峰隨著摻雜發(fā)生紅移。300 cm-1的拉曼特征峰代表 In2S3四面體結(jié)構(gòu) 振動模式。這說明 In2S3四面體結(jié)構(gòu)的 振動鍵長增大， In2S3薄膜內(nèi)四面體結(jié)局部空間結(jié)構(gòu)膨脹。
拉曼譜線紅移的原因可以解釋為晶格膨脹后，原子間距增大，晶格處于相對松弛狀態(tài)，因此，振動頻率降低。對于Cu摻入 In2S3機理，可能存在Cu摻入In空位或者摻入 In2S3晶格間隙的兩種情況。Cu間隙摻雜后增大晶粒尺寸，導(dǎo)致晶格出現(xiàn)松弛，反應(yīng)在拉曼譜上就是304 cm-1、930 cm-1峰位出現(xiàn)紅移。由于Cu離子半徑小于In離子半徑，因此，可以通過晶格膨脹引起拉曼紅移的現(xiàn)象，確認(rèn)Cu摻雜后必定存在間隙摻雜的現(xiàn)象，這是薄膜缺陷程度增加的主要原因，而這也是XRD測試結(jié)果無法證實的。
| 結(jié)論 本文通過分析304 cm-1、930 cm-1處拉曼峰位的紅移進一步證實了Cu摻雜后薄膜晶粒尺寸增大，通過缺陷程度的變化證明了Cu摻入 晶格間隙的摻雜機理。 激光顯微共聚焦拉曼光譜技術(shù)是一種無損傷、無接觸、靈敏度高的檢測手段，通過晶體的拉曼光 譜可以了解晶格內(nèi)部有關(guān)化學(xué)鍵、晶格程度、晶格畸變以及相變等信息，為薄膜在太陽能電池、導(dǎo)電材料、光電器件、催化、傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)與實驗依據(jù)。 |  |
參考文獻
[1] 林斯樂, 馬靖, 程樹英. Ag摻雜 薄膜的拉曼光譜研究[J]. 功能材料, 2013, 18(44): 2724-2726.
[2] 冀亞欣. 薄膜的磁控濺射法制備及性能[D]. 西南交通大學(xué), 2012.
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