AZO薄膜表面織構(gòu)機(jī)理和表面織構(gòu)均勻性的研究.pdf

1、摻鋁氧化鋅(AZO)透明導(dǎo)電薄膜由于電阻率低、在可見(jiàn)光區(qū)域透射率高且織構(gòu)后的絨面結(jié)構(gòu)能有效地對(duì)入射光起到減反作用,增加光的吸收,提高薄膜太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率,所以被廣泛應(yīng)用于薄膜太陽(yáng)能電池前電極。制備既有優(yōu)良的光電性能又有比較大的絨度且表面形貌均勻的絨面AZO薄膜對(duì)其在薄膜太陽(yáng)電池中的應(yīng)用、進(jìn)一步降低太陽(yáng)電池生產(chǎn)成本和實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)極其重要。
　　 目前采用磁控濺射技術(shù)制備的AZO薄膜經(jīng)0.5％的稀HCl刻蝕后可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)良

2、的表面織構(gòu),但要獲得大面積均勻且有較高絨度的AZO絨面一般還比較難,所以解決AZO薄膜的表面織構(gòu)均勻性問(wèn)題對(duì)AZO薄膜的廣泛應(yīng)用有極其重要的意義。本文采用一定配比的稀鹽酸與醋酸混合腐蝕溶液對(duì)AZO薄膜進(jìn)行刻蝕,研究制備工藝和腐蝕溶液中醋酸對(duì)刻蝕后的薄膜結(jié)構(gòu)、光電性能和表面形貌均勻性的影響,分析其表面反應(yīng)機(jī)理,以期望對(duì)AZO薄膜大面積織構(gòu)均勻性有一定的指導(dǎo)性意義。
　　 本文用Al2O3摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)2％的Al2O3/ZnO陶瓷靶材

3、,在(O2+Ar)氣氛下,采用直流磁控濺射在玻璃襯底上制備AZO薄膜,然后用濕法刻蝕法獲得絨面AZO薄膜。利用傳統(tǒng)四探針、HMS-3000Hall測(cè)試儀、UV-3150型IR-VIS-UV紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)、掃描電子顯微鏡(SEM)分別研究工藝參數(shù)和腐蝕溶液對(duì)AZO薄膜腐蝕前后的電學(xué)性能(電阻率、載流子濃度和遷移率)和光學(xué)性能(可見(jiàn)光透射率、反射率和絨度)、表面形貌的影響,研究結(jié)果如下:
　　 (1)優(yōu)化AZO薄膜的制備工藝參

4、數(shù)。實(shí)驗(yàn)得出:當(dāng)氧氣和氬氣流量比為0.007:1,工作氣壓為0.5～0.6Pa,襯底溫度在397～400℃,功率為225W,沉積時(shí)間為40min,能制備得到光電性能優(yōu)良的AZO薄膜,其電阻率為5～9×10-4Ω·cm,可見(jiàn)光平均透射率約為83％。
　　 (2)采用三種不同的腐蝕溶液用濕法刻蝕法對(duì)平面AZO薄膜進(jìn)行刻蝕。實(shí)驗(yàn)得出:采用0.5％的稀鹽酸溶液中加入一定量的醋酸對(duì)平面AZO薄膜腐蝕能獲得形貌最好的、絨面比較均勻的絨面AZ

5、O薄膜。
　　 (3)采用不同配比的稀鹽酸與醋酸混合酸液對(duì)AZO薄膜進(jìn)行刻蝕。實(shí)驗(yàn)得出:當(dāng)腐蝕溶液中醋酸與鹽酸體積比為0.5:1時(shí),能獲得有較大絨度值的絨面。
　　 (4)采用0.5％稀HCl溶液中加入一定體積的醋酸(醋酸與濃鹽酸體積比為0.5:1)配成混合酸液對(duì)AZO薄膜腐蝕不同時(shí)間。實(shí)驗(yàn)得出:腐蝕5s后,薄膜表面出現(xiàn)較小的均勻的“隕石坑”狀的結(jié)構(gòu),隨著腐蝕時(shí)問(wèn)的變長(zhǎng),坑的大小在變大,當(dāng)腐蝕時(shí)間為55s時(shí),坑變得大了很

6、多,并且坑狀結(jié)構(gòu)變得不均勻。
　　 (5)對(duì)低反應(yīng)氣壓和高反應(yīng)氣壓下制備的AZO薄膜腐蝕相同時(shí)間。實(shí)驗(yàn)得出:反應(yīng)氣壓較低時(shí),薄膜致密性較好,經(jīng)腐蝕后薄膜具有較好的表面形貌。反應(yīng)氣壓較高時(shí),薄膜與襯底的附著力較差,表面點(diǎn)缺陷較多,分布也不均勻,腐蝕后獲得的絨面不均勻。
　　 (6)用0.5％HCl溶液和稀HCl溶液濃度分別為0.5％、0.4％、0.3％加入相同體積醋酸(體積比為0.5:1)對(duì)AZO薄膜腐蝕5s、15s、25

7、s、35s、45s、55s、65s。實(shí)驗(yàn)得出:0.5％HCl溶液加入醋酸后腐蝕45s能獲得更大陷光結(jié)構(gòu)的絨面。
　　 (7)用0.5％HCl溶液在不同HAc與HCl體積比下的腐蝕溶液腐蝕AZO薄膜相同時(shí)間15s、35s,測(cè)試兩次反應(yīng)后薄膜的厚度,計(jì)算薄膜的表面反應(yīng)速率。實(shí)驗(yàn)得出:隨著所加醋酸體積的的增加,腐蝕速率在逐漸變小,當(dāng)醋酸與濃鹽酸體積比為0.5:1,腐蝕速率最小,再增加醋酸的體積,腐蝕速率又開(kāi)始變大。加入少量醋酸時(shí),醋酸