磁控濺射摻雜ZnO薄膜性能及其應(yīng)用研究.pdf

1、ZnO是一種II-VI族的寬禁帶結(jié)構(gòu)的多功能材料，為六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的壓電、光電、氣敏、壓敏等特性，近年來受到普遍關(guān)注。摻雜的ZnO(如Al or Ga doped ZnO，簡稱ZAO or ZGO)透明導(dǎo)電膜，作為一種重要的光電子信息材料也得到了廣泛的研究，ZAO和ZGO薄膜除了具有與目前得到廣泛應(yīng)用的ITO薄膜相比擬的光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)外，還具有成本低、資源豐富、無毒性、高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)勢，是非常有開發(fā)潛力的透明導(dǎo)電

2、薄膜，在太陽能電池、液晶顯示器、電磁防護(hù)屏等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　 本論文利用孿生對靶直流磁控濺射系統(tǒng)研究了應(yīng)用于硅薄膜太陽電池特別是聚酰亞胺柔性襯底硅基薄膜太陽電池上的鋁摻雜和鎵摻雜的氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的制備和性能，主要內(nèi)容如下：
　　 1.在室溫下的純Ar氣氛圍中采用孿生對靶直流磁控濺射法制備鋁摻雜氧化鋅(ZnO:Al)薄膜。靶為ZnO陶瓷靶。研究了Ar氣流量和襯底到等離子體區(qū)對Al摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的結(jié)

3、構(gòu)特性、電學(xué)特性、光學(xué)特性的影響。通過優(yōu)化工藝參數(shù)，獲得了電阻率為4.5×10-4Ω·cm可見光透過率在80％以上的ZnO薄膜，適合作為薄膜太陽電池的窗口層或透明導(dǎo)電電極。
　　 2.在室溫下采用孿生對靶直流磁控濺射工藝在玻璃襯底上制備出高質(zhì)量的鎵摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電膜，研究了薄膜厚度對該薄膜的結(jié)構(gòu)、光學(xué)及電學(xué)特性的影響。制備的ZnO:Ga是具有六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)的多晶薄膜，最佳擇優(yōu)取向?yàn)?002)方向。隨著薄膜厚度的增加，衍射峰明顯

4、增強(qiáng)，晶粒增大。優(yōu)化反應(yīng)條件，薄膜的電阻率達(dá)到4.69×104Ω·cm，在可見光范圍內(nèi)平均透過率達(dá)到了85％以上。
　　 利用薄膜干涉原理分析得出了單層鎵摻雜氧化鋅薄膜(ZGO)作為增透減反膜的最佳厚度并做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證和分析，得出了實(shí)際情況下的最佳厚度。通過調(diào)整頂電極P層類型和ZGO厚度，研究鎵摻雜氧化鋅薄膜與P層界面接觸特性ZGO/P隧穿結(jié)對電池特性的影響。
　　 將不同厚度的ZnO:Ga薄膜(350nm—820nm

5、)在柔性聚酰亞胺襯底nip非晶硅薄膜太陽電池中，隨厚度的增加，電池的填充因子和效率都得到了提高，通過優(yōu)化反應(yīng)條件制備出了效率達(dá)到7.09％的非晶硅薄膜太陽電池。
　　 3.采用孿生ZnO(Ga2O3:3wt％)對靶直流磁控濺射制備出高透過率和電導(dǎo)率的平面ZnO透明導(dǎo)電薄膜，遷移率為16.4 cm2/V·s，載流子濃度為5.41×1020cm2，電阻率為7.04×104Ω·cm。，在可見光范圍的透過率大于85％。對平面ZGO薄膜采

6、用濺射后濕法腐蝕的方法，在0.5％的稀鹽酸浸泡一定時間進(jìn)行腐蝕，去掉薄膜上結(jié)合不緊密的部分，得到表面凹凸不平的絨面的ZnO:Ga薄膜，腐蝕后薄膜晶粒減小，反射率比平面ZGO有了很大的下降，從接近20％下降到了10％左右。薄膜的電學(xué)特性沒有變化，絨面對光散射作用增強(qiáng)，導(dǎo)致相對于平面ZnO薄膜的透過率要低一些(可見光范圍平均透過率大于80％)。并對其各個性能進(jìn)行了測試研究，得出了比較好的優(yōu)化參數(shù)并應(yīng)用于硅基薄膜太陽電池，獲得了比較好的效果。