碲化鎘（CdTe）是具有閃鋅礦（立方）晶體結(jié)構(gòu)的Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體化合物。以體結(jié)晶形式時(shí)，它是具有直接帶隙=1.45eV的理想半導(dǎo)體，對(duì)太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換非常有用。這在原理上使CdTe是薄膜太陽(yáng)能電池應(yīng)用的最好材料。根據(jù)CdTe的物理、化學(xué)、光學(xué)及電子學(xué)性質(zhì)，它被認(rèn)為是優(yōu)良的光吸收半導(dǎo)體材料。它常常是把硫化鎘夾在中間形成太陽(yáng)能電池的p-n結(jié)。即使效率較低（16.5%），但CdTe薄膜提供了比硅節(jié)省成本的太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)。CdTe能與水銀合金做成多功能紅外探測(cè)材料（HgCdTe）。與少量鋅合金的CdTe 制造性能極佳的固態(tài)X-射線和伽馬射線探測(cè)器（CdZnTe）。用于IR的CdTe早期形式出現(xiàn)在市場(chǎng)時(shí)的商標(biāo)名為Irtran-6。它也應(yīng)用于光電調(diào)制器。

本文嘗試用超聲噴霧熱解技術(shù)合成純的單相CdTe薄膜。用各種不同的特性測(cè)定技術(shù)（即XRD、FTIR頻譜法、紫外-可見(jiàn)光譜和掃描電子顯微鏡）確定CdTe薄膜的特性。結(jié)果表明，碲化鎘（CdTe）是太陽(yáng)能電池和其他應(yīng)用極有前途的材料。

碲化鎘的光學(xué)和電子學(xué)性質(zhì)使其成為許多光電器件最有希望的材料之一。CdTe是具有閃鋅礦（立方）晶體結(jié)構(gòu)和直接帶隙=1.45eV的Ⅱ-Ⅵ族理想半導(dǎo)體，這使其成為用于太陽(yáng)能電池制造的理想材料。目前，為了尋找規(guī)模生產(chǎn)太陽(yáng)能電池（它不要求高質(zhì)量單晶）更廉價(jià)的技術(shù)，該材料正受到重新增強(qiáng)的關(guān)注。為了獲得太陽(yáng)能電池的高轉(zhuǎn)換效率，CdTe制造的淀積方法及制備條件非常重要。有若干種薄膜淀積技術(shù)用來(lái)得到PV質(zhì)量的p-CdTe薄膜，即電淀積、閉空間升華法（CSS）、噴霧熱解、物理氣相淀積、真空蒸發(fā)、氣相輸運(yùn)沉積、閉空間蒸汽輸運(yùn)、絲網(wǎng)印刷、MOCVD和射頻濺射，這種具有n型CdS窗口層的 p-CdTe薄膜已做出轉(zhuǎn)換效率達(dá)16%的太陽(yáng)能電池。薄膜太陽(yáng)能電池制造中的一個(gè)關(guān)鍵步驟是淀積有可控成分和化學(xué)配比的CdTe層。業(yè)已了解，高效率太陽(yáng)能電池?fù)碛懈?Te CdTe表面及平滑的p-CdTe/n-CdS界面?；瘜W(xué)噴霧熱解可能是最適合此目的的技術(shù)之一。此技術(shù)的一個(gè)巨大優(yōu)點(diǎn)是，薄膜的性質(zhì)能很容易通過(guò)變化淀積條件而改變。對(duì)于淀積氧化物、二元和三元硫?qū)倩衔锏谋《嗑П∧ひ约俺瑢?dǎo)氧化薄膜，這是一個(gè)低設(shè)備成本技術(shù)。超聲噴霧熱解技術(shù)也用于合成純的摻鉑納米結(jié)構(gòu)CdSnO3薄膜。

本文關(guān)注的是用超聲噴霧熱解技術(shù)合成化學(xué)配比p-CdTe薄膜并測(cè)定其特性。研究不同的周圍條件（如溶液的PH值、溶液量、襯底溫度及溶液濃度等）對(duì)光電子化學(xué)、結(jié)構(gòu)、微結(jié)構(gòu)、組分和光學(xué)性質(zhì)的影響，采用的特性測(cè)定技術(shù)有XRD、FTIR譜、紫外-可見(jiàn)光譜和掃描電子顯微鏡。

實(shí)驗(yàn)
圖1是安裝在NMUJ實(shí)驗(yàn)室中的超聲噴霧熱解系統(tǒng)的照片。此系統(tǒng)的主要部件是超聲噴霧噴嘴（#120-2-16-09-000-030 THD，Sono-tek Corporation，工作在120kHz）、超聲寬帶發(fā)生器、注射泵（Akash Syru Pump 404），加熱器和溫度指示器。

噴霧溶液用CdCl2和TeO2前驅(qū)物溶解在雙蒸水(DDW)和氨水液的1:1混合液中。水合阱用作還原劑，加HCl使溶液的PH值維持在11.5。薄膜淀積前，康寧玻璃(7059)襯底用如下處理方法徹底清洗：(1)用皂液洗，(2)用DDW沖洗，然后用丙酮超聲沖洗10分鐘，(3)在異丙醇中浸5分鐘，最后(4)將其干燥?；贑d-Te的薄膜用超聲噴霧熱解系統(tǒng)淀積在康寧玻璃襯底上，工藝參數(shù)如下：(a)噴霧噴嘴-襯底的距離=12cm，(b)噴霧溶液濃度=0.02M，(c)載運(yùn)氮?dú)饬魉?15lpm，(d)襯底溫度=300℃，(e)淀積時(shí)間=6min，(f)噴霧溶液量=3ml，(g)溶液流速30ml/hr。薄膜自然冷卻到室溫(RT)。用不同的物理方法測(cè)定所得薄膜的特性：(1)X射線衍射(XRD) (Bruker D8 Advance，λ=1.5406?)，(2)紫外-可見(jiàn)光譜（JASCO Modle:V670），(3)能量色散X射線(EDAX)分析，(4)掃描電子顯微鏡（SEM，Leica Steroscan 440）。紫外-可見(jiàn)光譜用于評(píng)估光學(xué)性質(zhì)：所得薄膜的吸光率(α)、輻射率(ε)及能帶隙(Eg) 。

結(jié)果與討論
XRD圖形在圖2(a)顯示CdTe的主要強(qiáng)峰。(hkl)面(111)、(220)、(311)、(400)、(331)和(422)顯示CdTe的立方相（PCPDF file 15-0770）。形成的一些CdTeO3的氧化物峰也在圖中示出。圖中，CdTe峰以(*)標(biāo)出，CdTeO3峰以(#)標(biāo)出。氧化物濃度比CdTe低得多。這表明，用N2作為載運(yùn)氣體形成單相CdTe薄膜。圖2(b)是 CdTe薄膜的紫外-可見(jiàn)光譜。用方程(1)得到吸光率(α)的值。

式中，Iλ=波長(zhǎng)λ處的強(qiáng)度。CdTe薄膜的‘α’值為0.83。

圖3顯示了CdTe薄膜的(Abs)2變化與能量(Ev)的關(guān)系[光躍遷性質(zhì)]。圖上直線部分外推給出了帶隙能量(Eg)值=1.44eV。在1.0至1.4eV范圍中觀察到的臺(tái)階是由于氧化物的形成。

圖4表明CdTe薄膜材料純度高。

 
結(jié)論