毫米级厚度碘化铅(PbI2)膜是制造下一代阵列高能辐射探测器的关键材料。 采用近空间升华法制备了PbI2厚膜, 研究升华源温度对制备样品晶体结构、 表面形貌及光谱性质的影响。 结果表明, 随着源温度的升高, 样品厚度由1 000 μm下降到220 μm。 X射线衍射测试表明, 厚膜为沿(002)晶面择优取向生长的六方相多晶结构, 其晶粒尺寸、 位错密度及生长应力与源温度密切相关。 扫描电子显微镜测试显示, 样品由六方片状颗粒堆积而成, 其颗粒直径约为248 μｍ, 厚约32.7 μｍ, 有明显的层状结构。 解谱拟合发现, 样品的拉曼光谱有147, 169, 217和210 cm-1等4个散射峰, 前三个峰对应于4H晶型PbI2晶体的纵光学波振动模式, 210 cm-1来源于衬底SnO2的相关振动模式。 随源温度的升高, 147 cm-1拉曼峰有明显变化, 其峰强高于225 ℃时出现大幅度的下降, 峰形展宽。 在340 nm光激发下, 样品的室温光致发光谱在2.25, 2.57和2.64 eV附近出现弱的发光峰, 来源于与缺陷和激子相关的复合。 综合结构表征与光谱测试结果, 200 ℃时沉积的PbI2厚膜具有最佳的结晶质量, 其厚度约为659 μｍ。

系统地研究了近空间升华法(CSS)制备CdS薄膜沉积速率的影响因素。发现CdS薄膜的沉积速率随升华源温度的升高而增大,但随衬底温度和沉积气压的上升而下降。对所制备样品的结构、表面形貌和光谱透过率特性进行了测试,结果表明:(1)不同氧分压下沉积的CdS薄膜沿(103)晶向择优生长。CdCl 2氛围下退火后,(103)晶向的优势得到进一步加强;(2)不同氧分压制备的CdS薄膜致密且粒径均匀,晶粒的大小随着衬底温度的升高而增大,但薄膜的粗糙度也随之增大;(3)随着CdS薄膜厚度的减小,可见光中短波段的透过率有所增大,有利于提高太阳电池的短波光谱响应。并将CSS制备的CdS多晶薄膜用于CdTe太阳电池的制作,获得了10.29%的光电转换效率,初步验证了该制作工艺的可行性。

在氩气和氧气混合气氛下,近空间升华法制备了CdTe多晶薄膜。薄膜的结构、性质决定于整个沉积过程。深入研究沉积过程中的热交换、物质输运,有助于获得结构致密具有良好光电性质的CdTe薄膜。分析了近空间沉积的物理机制,测量了近空间沉积装置内的温度分布,讨论了升温过程、气压与薄膜的初期成核的关系。结果表明,不同气压下制备的样品,均有立方相CdTe。此外,还有CdS和SnO2∶F衍射峰。CdTe晶粒随气压增加有减小趋势;随气压的增加,透过率呈下降趋势,相应的CdTe吸收边向短波方向移动。采用衬底温度500 ℃,源温度620 ℃,在120 ℃的温差下,沉积时间4 min上制备CdTe多晶薄膜,获得转换效率优良的结构为SnO2∶F/CdS/CdTe/Au的集成电池。