碲化鎘（CdTe）是具有閃鋅礦（立方）晶體結構的Ⅱ-Ⅵ族半導體化合物。以體結晶形式時，它是具有直接帶隙=1.45eV的理想半導體，對太陽能的轉換非常有用。這在原理上使CdTe是薄膜太陽能電池應用的最好材料。根據CdTe的物理、化學、光學及電子學性質，它被認為是優良的光吸收半導體材料。它常常是把硫化鎘夾在中間形成太陽能電池的p-n結。即使效率較低（16.5%），但CdTe薄膜提供了比硅節省成本的太陽能電池設計。CdTe能與水銀合金做成多功能紅外探測材料（HgCdTe）。與少量鋅合金的CdTe 制造性能極佳的固態X-射線和伽馬射線探測器（CdZnTe）。用于IR的CdTe早期形式出現在市場時的商標名為Irtran-6。它也應用于光電調制器。

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

碲化鎘的光學和電子學性質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）晶體結構和直接帶隙=1.45eV的Ⅱ-Ⅵ族理想半導體，這使其成為用于太陽能電池制造的理想材料。目前，為了尋找規模生產太陽能電池（它不要求高質量單晶）更廉價的技術，該材料正受到重新增強的關注。為了獲得太陽能電池的高轉換效率，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用來得到PV質量的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、氣相輸運沉積、閉空間蒸汽輸運、絲網印刷、MOCVD和射頻濺射，這種具有n型CdS窗口層的 p-CdTe薄膜已做出轉換效率達16%的太陽能電池。薄膜太陽能電池制造中的一個關鍵步驟是淀積有可控成分和化學配比的CdTe層。業已了解，高效率太陽能電池擁有富-Te CdTe表面及平滑的p-CdTe/n-CdS界面?；瘜W噴霧熱解可能是最適合此目的的技術之一。此技術的一個巨大優點是，薄膜的性質能很容易通過變化淀積條件而改變。對于淀積氧化物、二元和三元硫屬化合物的薄多晶薄膜以及超導氧化薄膜，這是一個低設備成本技術。超聲噴霧熱解技術也用于合成純的摻鉑納米結構CdSnO3薄膜。

本文關注的是用超聲噴霧熱解技術合成化學配比p-CdTe薄膜并測定其特性。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）對光電子化學、結構、微結構、組分和光學性質的影響，采用的特性測定技術有XRD、FTIR譜、紫外-可見光譜和掃描電子顯微鏡。

實驗
圖1是安裝在NMUJ實驗室中的超聲噴霧熱解系統的照片。此系統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。基于Cd-Te的薄膜用超聲噴霧熱解系統淀積在康寧玻璃襯底上，工藝參數如下：(a)噴霧噴嘴-襯底的距離=12cm，(b)噴霧溶液濃度=0.02M，(c)載運氮氣流速=15lpm，(d)襯底溫度=300℃，(e)淀積時間=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-可見光譜用于評估光學性質：所得薄膜的吸光率(α)、輻射率(ε)及能帶隙(Eg) 。

結果與討論
XRD圖形在圖2(a)顯示CdTe的主要強峰。(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(*)標出，CdTeO3峰以(#)標出。氧化物濃度比CdTe低得多。這表明，用N2作為載運氣體形成單相CdTe薄膜。圖2(b)是 CdTe薄膜的紫外-可見光譜。用方程(1)得到吸光率(α)的值。

式中，Iλ=波長λ處的強度。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)的關系[光躍遷性質]。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范圍中觀察到的臺階是由于氧化物的形成。

圖4表明CdTe薄膜材料純度高。

 
結論