AZO透明導(dǎo)電薄膜的制備和等離子體表面處理.pdf

1、摻鋁氧化鋅(AldopedZnO，AZO)透明導(dǎo)電薄膜由于具有電阻率低、透光率高、穩(wěn)定性好、無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)而常用作硅基薄膜太陽(yáng)能電池的透明電極。為了提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，AZO薄膜還必須具有一定的表面絨面形貌，以增加對(duì)太陽(yáng)光的散射。
　　 本論文采用射頻磁控濺射法在石英襯底上制備了不同厚度的AZO薄膜，然后對(duì)薄膜進(jìn)行不同溫度的真空氛圍后退火處理，最后采用X-rayDiffraction(XRD)、ScanningElectr

2、onMicroscope(SEM)、AtomicForceMicroscopy(AFM)、Hall測(cè)試系統(tǒng)和分光光度計(jì)對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)和光電性能隨厚度及退火溫度變化的關(guān)系進(jìn)行了研究。此外，分別采用離子束后處理，Dual-FrequencyCapicitivelyCoupledPlasma(DF-CCP)后處理以及DF-CCP對(duì)襯底的預(yù)處理等方法來(lái)制備絨面AZO薄膜，并重點(diǎn)對(duì)薄膜的表面形貌進(jìn)行了研究。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：
　　

3、 1．所有的樣品都出現(xiàn)了較強(qiáng)的(002)衍射峰，可見(jiàn)光范圍的平均透過(guò)率也都大于80％。隨著薄膜厚度的增加，薄膜的結(jié)晶性能有所提升，晶粒尺寸變大，薄膜的載流子濃度和霍爾遷移率均呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，在薄膜厚度為1420nm時(shí)別上升到1.89×1020Cm-3和7.86cm2/Vs，薄膜的電阻率也相應(yīng)地降低到了4.2×10-3Ω·Cm。真空氛圍退火提高了薄膜的結(jié)晶性能，同時(shí)薄膜的電阻率隨著退火溫度的變化也相應(yīng)發(fā)生了改變，在退火溫度為450℃時(shí)

4、薄膜具有最佳的性能，厚度為1420nm的薄膜具有4.2×10-3Ω·Cm的最低電阻率。
　　 2．①離子束處理后薄膜表面出現(xiàn)了坑洞狀形貌，同時(shí)表面坑洞的尺寸和開(kāi)口隨著濺射時(shí)間的增加而變大，表面最大起伏和均方根粗糙度也逐漸增大，濺射時(shí)間為120min的薄膜經(jīng)處理后具有最佳的絨面形貌。②處理過(guò)程中，離子能量、離子束流和工藝時(shí)間等參數(shù)對(duì)處理結(jié)果都有一定的影響。當(dāng)離子能量較小時(shí)，離子束對(duì)薄膜的轟擊作用并不明顯，在離子能量增加到900eV

5、時(shí)薄膜呈現(xiàn)出了較理想的類金字塔狀形貌；離子束流的增加可以顯著地提高離子束的刻蝕效果，在離子束流為40mA時(shí)薄膜表面的坑的開(kāi)口最大，然而深度卻比較淺，均方根粗糙度相比于30mA時(shí)也有所降低；在處理時(shí)間為5min時(shí)，薄膜的表面形貌并沒(méi)有太大改變，而當(dāng)時(shí)間增加到20min時(shí)，薄膜表面又變的太平滑。因而，濺射時(shí)間為120min的薄膜經(jīng)離子束流為30mA和離子能量為900eV的離子束處理10min后具有最佳的表面絨面形貌。
　　 3．低頻

6、功率的增加可以比較明顯地提高薄膜的絨面性能，當(dāng)?shù)皖l功率增加到200W時(shí)，薄膜表面的最大起伏和均方根粗糙度分別增大到214.3nm和28.7nm。而當(dāng)?shù)皖l功率200W不變，高頻功率增大到200W時(shí)，薄膜的表面最大起伏和均方根粗糙度分別增加到214.3nm和28.7nm。但高頻功率繼續(xù)增大到300W，薄膜的表面最大起伏和均方根粗糙度則沒(méi)有明顯變化。因此，當(dāng)高、低頻功率均為200W時(shí)，處理后的AZO薄膜具有最佳的表面絨面形貌。
　　

7、4．氟基氣體分解產(chǎn)生的CF2和F基團(tuán)與SiO2反應(yīng)生成氣態(tài)SiF4可以有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)石英襯底的刻蝕。制備AZO薄膜的過(guò)程中，在濺射功率為170W，工作氣壓為2Pa的條件下，隨著濺射時(shí)間的增加，絨面AZO薄膜的表面粗糙度逐漸減小，與對(duì)照樣品呈現(xiàn)出相反的趨勢(shì)，同時(shí)絨面AZO薄膜相對(duì)于對(duì)照樣品具有明顯的、更好的絨面形貌。此外，兩種襯底上沉積的薄膜的電阻率均隨著濺射時(shí)間的增加而下降，載流子濃度和霍爾遷移率均隨著濺射時(shí)間的增加而上升，當(dāng)制備條件相同