磁控濺射生長(zhǎng)氫化Mg和Ga共摻雜寬光譜ZnO薄膜及應(yīng)用.pdf

1、透明導(dǎo)電氧化物(TCO)薄膜是硅基薄膜太陽電池（包括非晶硅電池和微晶硅電池，非晶硅/微晶硅疊層電池）的重要組成部分，其在光學(xué)波長(zhǎng)范圍320-1100nm應(yīng)有較高的透過率。然而，常規(guī)的Al摻雜ZnO(AZO)或者Ga摻雜ZnO(GZO)很難平衡近紫外(300nm左右)和近紅外（1100nm左右）區(qū)域的透過率。理想的TCO應(yīng)該通過展寬帶隙并改善近紫外透過率，同時(shí)能夠保持近紅外區(qū)域較高的透過率，并且具有良好的電學(xué)性能。Mg和Ga共摻雜ZnO(

2、MGZO)薄膜期望能夠在調(diào)制電學(xué)的基礎(chǔ)上有效地展寬光學(xué)帶隙，從而更好地應(yīng)用于硅基薄膜太陽電池。本論文利用直流脈沖磁控濺射技術(shù)并借助引入氫氣，在超白玻璃襯底生長(zhǎng)Mg和Ga共摻雜型ZnO薄膜(HMGZO)，濺射靶材為陶瓷靶。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
　　首先，通過Mg摻雜展寬帶隙，并且改善薄膜的在近紫外和近紅外區(qū)域的透過率。此外，利用Ga和H作為施主改善薄膜的電學(xué)性能，期望薄膜在Mg、Ga和H的共同作用下獲得寬光譜并且具有優(yōu)良電學(xué)性能

3、的HMGZO薄膜。系統(tǒng)地研究了氫氣流量、襯底溫度、Mg摻雜量等重要因素對(duì)薄膜性能的影響。優(yōu)化獲得的HMGZO薄膜:電阻率～1.22×10-3Ωcm，方塊電阻～8.88Ω/sq，載流子濃度～2.1×1020cm-3，電子遷移率～24.3cm2V-1s-1，350-1100nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)平均透過率達(dá)81.5％。
　　其次，基于對(duì)TCO玻璃襯底和硅基薄膜太陽電池沉積環(huán)境兼容性的考慮，對(duì)HMGZO薄膜在適當(dāng)高溫下的光電穩(wěn)定性做了退火處理研

4、究。室溫下及在高溫下沉積的HMGZO薄膜經(jīng)過真空退火，其光電性能并未出現(xiàn)明顯衰退，表明其能夠很好地適用于硅基薄膜太陽電池生長(zhǎng)。此外，TCO薄膜應(yīng)用到薄膜太陽電池中時(shí)，陷光特性尤其重要。我們對(duì)濺射后腐蝕時(shí)間對(duì)HMGZO薄膜形貌及陷光性能的影響做了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在體積百分比為0.1％的鹽酸中腐蝕20s處理或獲得了相對(duì)較好的光散射特性。
　　最后，將經(jīng)過優(yōu)化獲得具有適當(dāng)光電性能及陷光特性的HMGZO薄膜分別應(yīng)用于非晶硅及微晶硅薄