FTO透明導(dǎo)電薄膜表面處理及其復(fù)合膜的研究.pdf

1、透明導(dǎo)電氧化物(TCO)薄膜具有良好的導(dǎo)電性、優(yōu)異的透明度等光電特性，已在光伏電池組件、平面顯示器、觸控面板、發(fā)光二極管(LEDs)、氣敏傳感器等不同領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。值得注意的是，TCO薄膜的透明度和導(dǎo)電性往往是矛盾和相互抑制的。而在應(yīng)用于許多光電器件尤其是太陽能電池時，良好的綜合光電性能是迫切需要的。為了滿足高透明度和低方阻的應(yīng)用需求，人們對TCO薄膜的研究除了集中于制備方法上外，還包括對制備好的TCO膜進行后續(xù)處理（如表面微納米

2、結(jié)構(gòu)復(fù)合、熱退火、激光退火）和雙層/多層復(fù)合優(yōu)化。
　　 在TCO薄膜中，摻氟二氧化錫(FTO)薄膜成本相對較低（不含昂貴的銦元素），且熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好，近些年也得到了廣泛的研究和應(yīng)用。但是與摻錫氧化銦(ITO)薄膜相比，F(xiàn)TO薄膜的導(dǎo)電性略差，且相關(guān)工藝及后續(xù)處理研究不夠深入，性能優(yōu)化途徑方面還有拓展空間，這些都需要材料學(xué)界的研究者進一步研究辨識和探討?；诖?，本文以FTO透明導(dǎo)電膜為對象，開展了表面金屬微納米粒子復(fù)合、

3、熱退火處理、表面激光處理、雙層復(fù)合優(yōu)化與后續(xù)處理等方面的研究，獲得了一些有意義的結(jié)果。
　　 1、采用直流磁控濺射法和管式爐內(nèi)熱退火處理的方法在FTO膜表面復(fù)合Ag粒子結(jié)構(gòu)，對比了不同基片材料表面Ag粒子形成的條件，重點討論了退火溫度、退火時間和原始Ag膜厚度對FTO膜表面Ag粒子的形成和形貌以及薄膜光電性能的影響。結(jié)果表明，與單晶硅和載玻片基片相比，F(xiàn)TO膜表面開始形成Ag粒子所需的退火溫度更低，退火時間更短。實驗中選用原始A

4、g膜厚度為200nm、退火溫度為500℃左右、退火時間為20～30min時可在FTO膜表面獲得形態(tài)相對良好的Ag粒子，此時在薄膜透射率曲線上出現(xiàn)對應(yīng)于Ag粒子表面等離子體共振吸收的透射峰。
　　 2、采用管式爐中熱退火的方法對FTO薄膜進行了退火處理，研究了不同的氣氛條件、退火溫度和退火時間等對薄膜結(jié)構(gòu)、表面形貌及光電性能的影響，深入分析了造成這些影響的機理，并通過計算性能指數(shù)對各薄膜樣品的綜合光電性能進行了評價。結(jié)果表明，在氮

5、氣、空氣和氧氣中退火時，薄膜結(jié)晶性均得到一定的改善，但在氮氣中退火后薄膜的綜合光電性能最好。在氮氣中退火時，退火時間對FTO膜透光率和方塊電阻的影響不如退火溫度的影響顯著，且500℃下退火20min后FTO膜的綜合光電性能最好，性能指數(shù)為5.56×10-3Ω-1。
　　 3、采用波長為532nm的納秒脈沖激光對FTO膜表面進行輻照處理，研究了激光能量密度和掃描速度對薄膜表面形貌、透光率和導(dǎo)電性的影響。結(jié)果表明，激光能量密度和掃描

6、速度適中可使FTO膜表面獲得較好的退火效果，在激光作用區(qū)域內(nèi)的晶粒通過再結(jié)晶過程長大，使得其透光率提高，而方塊電阻卻減小。實驗中獲得的最佳激光參數(shù)為能量密度F=1.02J/cm2和掃描速度v=10mm/s，此時FTO膜在380～780nm波段的平均透光率由原來的75.4％提高到了82.7％，方塊電阻由原來的10.20Ω/□降低到了8.83Ω/□。
　　 4、采用直流磁控濺射法在FTO膜上鍍制摻鋁氧化鋅(AZO)膜制備出AZO/F

7、TO雙層復(fù)合膜，研究了AZO膜層厚度對AZO/FTO雙層復(fù)合膜結(jié)構(gòu)和微觀形貌以及光電性能的影響，初步探討了其影響機理。結(jié)果顯示，隨著AZO膜層厚度的增大，AZO/FTO膜的表面粗糙度逐漸降低，方塊電阻先減小后變化趨于平緩，透光率則先增大后減小。實驗中，AZO膜層厚度為495nm的AZO/FTO雙層復(fù)合膜具有最佳的光電性能，性能指數(shù)達到1.43×10-2Ω-1。
　　 5、對優(yōu)化制備的AZO/FTO雙層復(fù)合膜進行后續(xù)熱退火處理和激

8、光表面輻照處理，進一步實現(xiàn)了薄膜性能優(yōu)化，研究了不同參數(shù)下AZO/FTO膜形貌和光電性能的變化。結(jié)果顯示，熱退火可提高薄膜的致密度和平整度，薄膜的透光率隨著退火溫度升高或退火時間延長而小幅度提高，而方塊電阻在溫度達到300℃前已有較大程度的下降，其后溫度的升高及500℃下退火時間的延長對AZO/FTO膜的方塊電阻的影響并不顯著;激光輻照處理也可對AZO/FTO膜起到一定退火作用，采用1.02J/cm2的能量密度和10mm/s的掃描速度處