CN109358041B - 一种硫化镉薄膜比色装置及制备硫化镉薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硫化镉薄膜比色装置，包括多个不同厚度的硫化镉薄膜样品和采样板，采样板上平面开设有多个带底的腔体，腔体内部设置有样品室、推杆和弹簧；一种制备硫化镉薄膜的方法，包括以下步骤：清洗衬底，CdSO4与超纯水混合制成反应溶液；缓慢滴加氨水至反应容器内，衬底置于反应容器内；反应溶液内添加硫脲；加热反应溶液，反应溶液进行成膜反应，直至硫化镉薄膜的厚度达到预定值；取出衬底置于去离子水中冲洗，然后烘干或吹干，得到硫化镉薄膜样品。一种硫化镉薄膜比色装置，本发明通过硫化镉薄膜比色装置和制备硫化镉薄膜的方法；便于快速方便的判断实验中硫化镉薄膜的厚度和防止硫化镉薄膜污染。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜太阳能电池制备技术领域，特别是涉及一种硫化镉薄膜比色装置及制备硫化镉薄膜的方法。
背景技术
硫化镉（CdS）属于一种Ⅱ-Ⅵ族的化合物，禁带宽度为 2.42 eV 的 n 型半导体材料，并且能透过绝大部分的太阳光，因此，硫化镉被广泛地用作薄膜电池的缓冲层，要得到高效率的太阳电池，作为缓冲层的硫化镉必须要致密均匀并且厚度适宜。制备硫化镉薄膜的方法有许多种，比如: 化学水浴沉积法、磁控溅射法、近空间升华法、真空蒸发法等。化学水浴沉积法因其所需材料少、制备要求低、无污染和简化制备工艺等优点而被广泛利用；通过化学水浴法得到的硫化镉薄膜较为致密均匀，成膜的条件简易且成本低，适合大面积制备薄膜。但化学水浴法制备的硫化镉薄膜需用台阶仪测得硫化镉薄膜的厚度，实验过程中不能快速的确定硫化镉薄膜的厚度，而硫化镉的厚度对于电池的性能有着非常大的影响：硫化镉过薄则不能完全覆盖吸收层，不能与吸收层形成良好的界面接触，甚至造成电池短路等。
发明内容
本发明的目的是提供一种硫化镉薄膜比色装置及制备硫化镉薄膜的方法，能够在实验过程中快速判断硫化镉薄膜的厚度和使用方便提高实验效率。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种硫化镉薄膜比色装置，包括多个不同颜色的硫化镉薄膜样品和采样板，所述采样板为矩形结构板体，采样板上平面沿长度方向均匀开设有多个带底的腔体，所述腔体内部由上至下依次设置有样品室、推杆和弹簧；
所述样品室包括支撑板和压片，所述支撑板呈“［”形结构，所述压片呈“］”形结构，支撑板与压片底部铰接，上部平齐，支撑板与压片相对设置于腔体内部，支撑板与压片的凹陷处形成腔室，硫化镉薄膜样品设置于腔室内；压片中部开设有通孔，采样板与通孔对应处开设有观察孔；压片上端设置有锁扣，采样板上平面侧边设置有多个连接块，所述连接块设置于锁扣内所述弹簧固定于腔体底部，所述推杆一端与弹簧固定，另一端与样品室固定。
进一步地，所述采样板底部铰接有盖体，所述盖体为矩形板体，所述盖体的宽度大于采样板的宽度，盖体后侧开设有弧形槽，盖体前侧开设有矩形槽，矩形槽内铰接有连接片，所述连接片呈矩形，连接片与连接块磁力吸附连接。
进一步地，所述采样板与盖体的铰接端分别设置有磁铁，所述采样板通过磁铁与盖体磁力吸附连接。
进一步地，所述观察孔的上部粘接有用透明材质制作的密封层。
进一步地，所述样品室的体积小于腔体的容积。
一种制备硫化镉薄膜的方法，包括以下步骤：
步骤1：将衬底清洗干净烘干备用；将CdSO4与超纯水混合制成反应溶液，将反应溶液倒入反应容器中；
步骤2：搅拌反应溶液，在搅拌过程中缓慢滴加氨水至反应容器内，得到混合溶液；
步骤3：待混合溶液呈均匀透明状，将衬底置于反应容器内；
步骤4：在反应容器内添加硫脲；
步骤5：待硫脲溶解，缓慢加热至60℃，在60℃条件下进行成膜反应，成膜反应中使用硫化镉薄膜比色装置进行硫化镉薄膜厚度的检测，直至衬底上沉积的硫化镉薄膜的厚度达到预定值；
步骤6：将沉积有硫化镉薄膜的衬底取出置于去离子水中冲洗，然后烘干或吹干，得到硫化镉薄膜样品。
进一步地，所述衬底为玻璃衬底。
进一步地，所述步骤1中每100ml超纯水与38.4mgCdSO4混合，所述步骤2中混合溶液中氨水的体积为12.5ml，所述步骤4反应容器中硫脲的质量为110mg。
进一步地，所述硫化镉薄膜的预定值为30nm，40nm，50nm，60nm，70nm，80nm。
本发明的有益效果为：
1.本发明的硫化镉薄膜比色装置通过对比实验中硫化镉薄膜的颜色与不同颜色的硫化镉薄膜样品的颜色的近似度，简单快速半定量的实时判断实验中硫化镉薄膜的厚度，使用方便，提高工作效率。
2.本发明通过采样板与盖体板磁力吸附连接，盖体底部开设的弧形槽方便操作人员手部持拿。
3.本发明通过盖体与采样板扣合，盖体上部铰接的连接片与采样板的连接块磁性连接，密封紧固；防止简易装置中的硫化镉薄膜样品密封不当，造成简易装置中的硫化镉薄膜样品污染，影响水浴实验制备硫化镉薄膜的精度。
4.本发明通过锁扣与采样板连接块的连接，推杆与弹簧推动样品室的移动，方便更换支撑板内部的硫化镉薄膜样品。
5.本发明的一种制备硫化镉薄膜的方法通过硫化镉薄膜装置中的硫化镉薄膜样品的颜色与实验中硫化镉薄膜颜色的对比能够简单快速半定量的实时判断化学水浴沉积实验中硫化镉薄膜的厚度。
附图说明
图1是本发明一种硫化镉薄膜比色装置的结构示意图。
图2是本发明一种硫化镉薄膜比色装置的俯视示意图。
图3是本发明一种硫化镉薄膜比色装置的A向剖视示意图。
图4是本发明一种硫化镉薄膜比色装置的样品室伸出状结构示意图。
图5是本发明一种硫化镉薄膜比色装置的折叠状结构示意图。
附图中标号为：1为采样板，2为盖体，3为观察孔，4为锁扣，5为连接片，6为磁铁，7为弹簧，8为推杆，9为压片，10为支撑板，11为连接块，12为腔体，13为通孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明：
实施例1
如图1～图5所示，一种硫化镉薄膜比色装置，包括30nm、40nm、50nm、60nm、70nm和80nm的硫化镉薄膜样品和采样板1，30nm、40nm、50nm、60nm、70nm和80nm的硫化镉薄膜样品采用化学水浴法制备并利用台阶仪测定厚度。所述采样板1为矩形结构板体，采样板1上平面沿长度方向均匀开设有多个带底的腔体12，所述腔体12内部由上至下依次设置有样品室、推杆8和弹簧7；所述样品室包括支撑板10和压片9，所述支撑板10呈“［”形结构，所述压片9呈“］”形结构，支撑板10与压片9底部铰接，上部平齐，支撑板10与压片9相对设置于腔体12内部，支撑板10与压片9的凹陷处形成腔室，不同厚度的硫化镉薄膜样品依次设置于不同的腔室内；压片9中部开设有通孔13，采样板1与通孔13对应处开设有观察孔3；压片9上端设置有锁扣4，采样板1上平面侧边设置有多个连接块11，所述连接块11设置于锁扣4内所述弹簧7固定于腔体12底部，所述推杆8一端与弹簧7固定，另一端与样品室固定。
所述采样板1底部铰接有盖体2，所述盖体2为矩形板体，所述盖体2的宽度大于采样板1的宽度，盖体2后侧开设有弧形槽，盖体2前侧开设有矩形槽，矩形槽内铰接有连接片5，所述连接片5呈矩形，连接片5与连接块11磁力吸附连接。所述采样板1与盖体2的铰接端分别设置有磁铁6，所述采样板1通过磁铁6与盖体2磁力吸附连接。所述观察孔3的上部粘接有用透明材质制作的密封层。所述样品室的体积小于腔体12的容积。
当使用时，将30nm、40nm、50nm、60nm、70nm和80 nm硫化镉薄膜样品依次放入不同样品室的支撑板10与压片9的凹陷处形成的腔室内，压片9扣合支撑板10，通过操作人员施加外力推动支撑板10进入采样板1的腔体12内，支撑板10推动推杆8向腔体12内部移动，弹簧7收缩，锁扣4扣锁于采样板1的连接块11上，在制备硫化镉薄膜的水浴沉积实验中当成膜反应需要判断硫化镉薄膜厚度时，操作人员手部持装置的盖体2，采样板1通过磁铁6与盖体2磁力吸附连接，盖体2底部开设有弧形槽，方便操作人员手部持拿；由于硫化镉薄膜的厚度增加，硫化镉薄膜颜色依次由浅黄向深黄过渡，厚度为30nm的硫化镉薄膜样品为浅黄色，厚度为40nm的硫化镉薄膜样品为米黄色，厚度为50nm的硫化镉薄膜样品为亮黄色，厚度为60nm的硫化镉薄膜样品为鹅黄色，厚度为70nm的硫化镉薄膜样品为中黄色，厚度为80nm的硫化镉薄膜样品为深黄色；通过对比水浴实验中烧杯内硫化镉薄膜的颜色和观察孔3下部的硫化镉薄膜样品的颜色的差异，来半定量的实时判断化学水浴沉积硫化镉薄膜的厚度。及时快速的确定实验中硫化镉薄膜的厚度；无需使用时，通过将盖体2扣合于采样板1上部，旋转盖体2上部铰接的连接片5，连接片5上与采样板1的连接块11磁性连接，使硫化镉薄膜比色装置密封紧固，防止比色装置中的硫化镉薄膜样品密封不当，造成硫化镉薄膜样品污染，影响水浴实验中制备硫化镉薄膜的精度；当需要更换硫化镉薄膜样品时，将锁扣4与采样板1的连接块11进行分离，弹簧7推动推杆8进行移动，推杆8推动支撑板10且将支撑板10推出采样板1的腔体12外，拉动锁扣4向上移动，锁扣4带动压片9向上旋转，即可更换设置于支撑板10内部的硫化镉薄膜样品，使用方便。
实施例2
一种制备硫化镉薄膜的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：将衬底清洗干净烘干备用，本实施例中采用玻璃作为衬底；将CdSO4与超纯水混合制成反应溶液，CdSO4的量为76.8mg，超纯水为200ml；将反应溶液倒入反应容器中；
步骤2：搅拌反应溶液，在搅拌过程中缓慢滴加氨水至反应容器内，氨水的量为12.5ml；反应溶液产生白色絮状沉淀，继续滴加氨水，白色沉淀消失，逐渐变透明；
步骤3：待混合溶液呈均匀透明状，将衬底置于反应容器内；
步骤4：在反应容器内添加硫脲；硫脲的量为110mg；
步骤5：待硫脲溶解，缓慢加热至60℃时，在60℃条件下进行成膜反应，在成膜反应时,通过实施例1的硫化镉薄膜比色装置中放置于压板和支撑板形成腔体内的硫化镉薄膜样品的颜色与反应容器内衬底上沉积的硫化镉薄膜的颜色进行对比，实验中硫化镉薄膜颜色呈浅黄色；此时实验中硫化镉薄膜的厚度达到30nm。
步骤6：将沉积有硫化镉薄膜的衬底取出置于去离子水中冲洗，然后烘干或吹干，得到硫化镉薄膜样品。
实施例3
本实施例的步骤1至步骤6同实施例2相同，不同之处在于：
步骤5：待硫脲溶解，缓慢加热至60℃时，在60℃条件下进行成膜反应，在成膜反应时,通过实施例1的硫化镉薄膜比色装置中放置于压板和支撑板形成腔体内的硫化镉薄膜样品的颜色与反应容器内衬底上沉积的硫化镉薄膜的颜色进行对比，实验中硫化镉薄膜颜色呈米黄色；此时实验中硫化镉薄膜的厚度达到40nm。
实施例4
本实施例的步骤1至步骤6同实施例2相同，不同之处在于：
步骤5：待硫脲溶解，缓慢加热至60℃时，在60℃条件下进行成膜反应，在成膜反应时,通过实施例1的硫化镉薄膜比色装置中放置于压板和支撑板形成腔体内的硫化镉薄膜样品的颜色与反应容器内衬底上沉积的硫化镉薄膜的颜色进行对比，实验中硫化镉薄膜颜色呈亮黄色；此时实验中硫化镉薄膜的厚度达到50nm。
实施例5
本实施例的步骤1至步骤6同实施例2相同，不同之处在于：
步骤5：待硫脲溶解，缓慢加热至60℃时，在60℃条件下进行成膜反应，在成膜反应时,通过实施例1的硫化镉薄膜比色装置中放置于压板和支撑板形成腔体内的硫化镉薄膜样品的颜色与反应容器内衬底上沉积的硫化镉薄膜的颜色进行对比，实验中硫化镉薄膜颜色呈鹅黄色；此时实验中硫化镉薄膜的厚度达到60nm。
实施例6
本实施例的步骤1至步骤6同实施例2相同，不同之处在于：
步骤5：待硫脲溶解，缓慢加热至60℃时，在60℃条件下进行成膜反应，在成膜反应时,通过实施例1的硫化镉薄膜比色装置中放置于压板和支撑板形成腔体内的硫化镉薄膜样品的颜色与反应容器内衬底上沉积的硫化镉薄膜的颜色进行对比，实验中硫化镉薄膜颜色呈中黄色；此时实验中硫化镉薄膜的厚度达到70nm。
实施例7
本实施例的步骤1至步骤6同实施例2相同，不同之处在于：
步骤5：待硫脲溶解，缓慢加热至60℃时，在60℃条件下进行成膜反应，在成膜反应时,通过实施例1的硫化镉薄膜比色装置中放置于压板和支撑板形成腔体内的硫化镉薄膜样品的颜色与反应容器内衬底上沉积的硫化镉薄膜的颜色进行对比，实验中硫化镉薄膜颜色呈深黄色；此时实验中硫化镉薄膜的厚度达到80nm。
以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。
Claims (8)
1.一种硫化镉薄膜比色装置，包括多个不同颜色的硫化镉薄膜样品和采样板（1），其特征在于，所述采样板（1）为矩形结构板体，采样板（1）上平面沿长度方向均匀开设有多个带底的腔体（12），所述腔体（12）内部由上至下依次设置有样品室、推杆（8）和弹簧（7）；
所述样品室包括支撑板（10）和压片（9），所述支撑板（10）呈“［”形结构，所述压片（9）呈“］”形结构，支撑板（10）与压片（9）底部铰接，上部平齐，支撑板（10）与压片（9）相对设置于腔体（12）内部，支撑板（10）与压片（9）的凹陷处形成腔室，硫化镉薄膜样品设置于腔室内；压片（9）中部开设有通孔（13），采样板（1）与通孔（13）对应处开设有观察孔（3）；压片（9）上端设置有锁扣（4），采样板（1）上平面侧边设置有多个连接块（11），所述连接块（11）设置于锁扣（4）内，所述弹簧（7）固定于腔体（12）底部，所述推杆（8）一端与弹簧（7）固定，另一端与样品室固定；
所述采样板（1）底部铰接有盖体（2），所述盖体（2）为矩形板体，所述盖体（2）的宽度大于采样板（1）的宽度，盖体（2）后侧开设有弧形槽，盖体（2）前侧开设有矩形槽，矩形槽内铰接有连接片（5），所述连接片（5）呈矩形，连接片（5）与连接块（11）磁力吸附连接。
2.根据权利要求1所述一种硫化镉薄膜比色装置，其特征在于，所述采样板（1）与盖体（2）的铰接端分别设置有磁铁（6），所述采样板（1）通过磁铁（6）与盖体（2）磁力吸附连接。
3.根据权利要求1所述一种硫化镉薄膜比色装置，其特征在于，所述观察孔（3）的上部粘接有用透明材质制作的密封层。
4.根据权利要求1所述硫化镉薄膜比色装置，其特征在于，所述样品室的体积小于腔体（12）的容积。
5.一种制备硫化镉薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将衬底清洗干净烘干备用；将CdSO4与超纯水混合制成反应溶液，将反应溶液倒入反应容器中；
步骤2：搅拌反应溶液，在搅拌过程中缓慢滴加氨水至反应容器内，得到混合溶液；
步骤3：待混合溶液呈均匀透明状，将衬底置于反应容器内；
步骤4：在反应容器内添加硫脲；
步骤5：待硫脲溶解，缓慢加热至60℃，在60℃条件下进行成膜反应，成膜反应中使用权利要求1~4任一项所述的硫化镉薄膜比色装置进行硫化镉薄膜厚度的检测，直至衬底上沉积的硫化镉薄膜的厚度达到预定值；
步骤6：将沉积有硫化镉薄膜的衬底取出置于去离子水中冲洗，然后烘干或吹干，得到硫化镉薄膜样品。
6.根据权利要求5所述一种制备硫化镉薄膜的方法，其特征在于，所述衬底为玻璃衬底。
7.根据权利要求5所述一种制备硫化镉薄膜的方法，其特征在于，所述步骤1中每100ml超纯水与38.4mgCdSO4混合，所述步骤2中混合溶液中氨水的体积为12.5ml，所述步骤4反应容器中硫脲的质量为110mg。
8.根据权利要求5所述一种制备硫化镉薄膜的方法，其特征在于，所述硫化镉薄膜的预定值为30nm，40nm，50nm，60nm，70nm，80nm。
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