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硫化铟薄膜材料的拉曼光谱研究

发布:北京卓立汉光仪器有限公司
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介绍
      硫化铟(In2S3[1]是一种具有极高潜在利用价值的半导体材料,可作为CIGS薄膜太阳能电池的缓冲层材料,并有望作为Cds缓冲层的替代材料,在光伏与光电器件上有很好的应用前景。 In2S3在常温常压下比较稳定,属于立方晶系,具有四面体和八面体的空间结构,并存在高密度的In空位。 一般存在α、β、r 3种相,常温下稳定的为β 相。

In2S3内含有大量的In空位,这个特点使掺杂的金属原子容易进入In空位并与周围的原子成键,进而表现出特定的光学、电学及磁学特性。目前,针对In2S3薄膜的研究主要集中在材料的制备以及光电性能的测试与分析方面。但对于In2S3掺杂改性的研究报道较少。
实验
      拉曼光谱技术是一种无损伤、灵敏度高、操作简捷的测试手段,通过拉曼光谱表征掺杂前后In2S3薄膜的拉曼特征峰频移情况,可以对其掺杂机理进行分析与讨论,阐述掺杂对薄膜晶体结构的影响。

      试验设备:
显微共聚焦拉曼光谱仪系统 Finder Vista、Andor  iDus416 CCD探测器;激光器波长为532nm;光谱仪参数:500焦距,600g/mm;扫描目镜 100X。


图 硫化铟的拉曼光谱图

      图中(a)为 In2S3的拉曼光谱图,退火温度300℃;(b)为铜掺杂的In2S3的拉曼光谱图,退火温度300℃;(c)为铜掺杂的In2S3的拉曼光谱图,退火温度250℃。

拉曼光谱分析
      从图中发可以看出304 cm-1、930 cm-1波数处的特征峰随着掺杂发生红移。300 cm-1的拉曼特征峰代表 In2S3四面体结构 振动模式。这说明 In2S3四面体结构的 振动键长增大, In2S3薄膜内四面体结局部空间结构膨胀。

      拉曼谱线红移的原因可以解释为晶格膨胀后,原子间距增大,晶格处于相对松弛状态,因此,振动频率降低。对于Cu掺入 In
2S3机理,可能存在Cu掺入In空位或者掺入 In2S3晶格间隙的两种情况。Cu间隙掺杂后增大晶粒尺寸,导致晶格出现松弛,反应在拉曼谱上就是304 cm-1、930 cm-1峰位出现红移。由于Cu离子半径小于In离子半径,因此,可以通过晶格膨胀引起拉曼红移的现象,确认Cu掺杂后必定存在间隙掺杂的现象,这是薄膜缺陷程度增加的主要原因,而这也是XRD测试结果无法证实的。

结论
      本文通过分析304 cm-1、930 cm-1处拉曼峰位的红移进一步证实了Cu掺杂后薄膜晶粒尺寸增大,通过缺陷程度的变化证明了Cu掺入 晶格间隙的掺杂机理。

      激光显微共聚焦拉曼光谱技术是一种无损伤、无接触、灵敏度高的检测手段,通过晶体的拉曼光谱可以了解晶格内部有关化学键、晶格程度、晶格畸变以及相变等信息,为薄膜在太阳能电池、导电材料、光电器件、催化、传感等领域的应用提供理论指导与实验依据。
        
显微共聚焦拉曼光谱仪系统 Finder Vista


参考文献

[1] 林斯乐, 马靖, 程树英. Ag掺杂 薄膜的拉曼光谱研究[J]. 功能材料, 2013, 18(44): 2724-2726.

[2] 冀亚欣. 薄膜的磁控溅射法制备及性能[D]. 西南交通大学, 2012.


(来源:北京卓立汉光仪器有限公司)

2019-08-14 09:46:15
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