柔性薄膜太陽電池用ZnO-Al薄膜的制備與表征.pdf

1、ZnO作為Ⅱ-Ⅵ族寬帶隙直接帶隙半導(dǎo)體材料,有優(yōu)異的壓電、光電、壓敏等特性, ZnO摻雜近年來受到了廣泛的關(guān)注。摻鋁 ZnO(ZnO: Al)作為透明導(dǎo)電氧化物(Transparent conductive oxide, TCO),具有和ITO相媲美的光學(xué)、電學(xué)性能,而且原料豐富、成本低,物理化學(xué)性能穩(wěn)定,有望替代ITO。
　　本文利用射頻(RF)磁控濺射技術(shù)在聚酰亞胺(Polyimide)襯底上原位沉積了ZnO:Al薄膜,研究了

2、工藝參數(shù)Ar流量和RF功率對薄膜結(jié)晶狀態(tài)、微觀形貌、電學(xué)和光學(xué)等性能的影響。薄膜晶體結(jié)構(gòu)對Ar流量依賴性較大,在50sccm時有最強烈的(002)擇優(yōu)取向,隨流量增加薄膜光學(xué)帶隙小幅度變窄。而RF功率的增大,ZnO:Al膜的Hall遷移率增加,但薄膜出現(xiàn)混合取向,且產(chǎn)生明顯的Burstein–Moss移動現(xiàn)象,光學(xué)帶隙顯著增加。最終將工藝參數(shù)優(yōu)化為Ar流量50sccm和RF功率125W,此時薄膜的性能最優(yōu)電阻率為2.62×10-3Ω·c

3、m,可見光區(qū)透過率85％,擁有致密的表面結(jié)構(gòu),晶粒尺寸達(dá)50nm。
　　ZnO:Al薄膜的性能與襯底材料密切相關(guān)。本文研究了襯底材料玻璃、PI和不銹鋼片(Stainless steel, SS)對薄膜性能影響。由于襯底材料和薄膜的晶格失配,使得薄膜產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而影響薄膜性能。不銹鋼襯底膜應(yīng)力最大-2.77Mpa,擠壓晶格使晶格常量c縮小為5.1945?,相應(yīng)的ZnO: Al膜有較次的晶體學(xué)和電學(xué)性能,但形成了類似倒金字塔的絨面結(jié)構(gòu)。