反應(yīng)磁控濺射制備氧化亞銅薄膜的結(jié)構(gòu)調(diào)控及光電性能研究.pdf

1、現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，在促進(jìn)人類生活水平不斷提高的同時(shí)，也加大了人類對(duì)自然資源的需求。煤、石油等傳統(tǒng)不可再生資源已日益無法滿足人類生產(chǎn)和生活的需要，電能源作為一種可再生的清潔能源，逐漸成為21世紀(jì)的世界能源，電動(dòng)汽車等行業(yè)的興起，也促使發(fā)電技術(shù)進(jìn)行不斷革新，而太陽能發(fā)電是所有發(fā)電方法中最環(huán)保、原材料最為豐富的方式。
　　上世紀(jì)起始，科學(xué)家們便開始尋找新的半導(dǎo)體材料來取代硅基太陽能電池以提高太陽能發(fā)電效率，從70年代開始，氧化

2、亞銅作為一種直接帶隙的半導(dǎo)體材料逐漸受到注意，其無毒、制備成本低、自然界儲(chǔ)備豐富，尤其20％的理論光電轉(zhuǎn)換效率，不僅在理論上還是實(shí)際生產(chǎn)上都是制備太陽能光伏器件的絕佳選擇。磁控濺射法、熱氧化法、電化學(xué)沉積法、高溫?zé)Y(jié)等方法都可以制備出化學(xué)成分穩(wěn)定的氧化亞銅薄膜，其中磁控濺射法制備具有薄膜成分均勻致密，實(shí)驗(yàn)參數(shù)易調(diào)控，制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，越來越多的研究者開始研究并優(yōu)化其制備工藝和改善薄膜質(zhì)量。但現(xiàn)階段制約氧化亞銅太陽能薄膜電池應(yīng)用的最大因

3、素是其較低的異質(zhì)結(jié)器件光電轉(zhuǎn)換效率，如何有效控制薄膜的成分、生長(zhǎng)取向，提高光電性能，進(jìn)而提高光伏器件的光電轉(zhuǎn)換效率是氧化亞銅太陽能電池應(yīng)用的關(guān)鍵因素。
　　本論文采用射頻反應(yīng)磁控濺射的方法制備得到P型氧化亞銅薄膜，并對(duì)沉積態(tài)薄膜進(jìn)行了退火、摻雜等工藝處理，通過X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線光電子能譜(XPS)、拉曼光譜、光吸收率測(cè)試、霍爾效應(yīng)測(cè)試等分析方法對(duì)薄膜成分、晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌、光學(xué)性能、電學(xué)性能進(jìn)

4、行了分析，主要結(jié)果如下:
　　1、采用射頻反應(yīng)磁控濺射系統(tǒng)，利用純銅靶和氧氣反應(yīng)濺射制備P型氧化亞銅薄膜，通過控制濺射過程中沉積溫度、氧氣占比、靶材濺射功率得到最符合化學(xué)計(jì)量比的氧化亞銅薄膜，實(shí)驗(yàn)確定了120W靶材濺射功率、7.5％的氧氣占比是最符合P型氧化亞銅薄膜制備條件的，薄膜呈(111)面擇優(yōu)生長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)研究了溫度對(duì)薄膜生長(zhǎng)的影響，表明增加溫度會(huì)降低薄膜的生長(zhǎng)速率使厚度變薄，薄膜的晶粒尺寸變大，但薄膜制備所需的氧氣條件并未發(fā)生

5、明顯改變。本文得到的氧化亞銅薄膜確定是P型半導(dǎo)體，薄膜的光禁帶寬帶為2.15eV，接近氧化亞銅的理論光禁帶寬度。
　　2、在上述獲得的P型氧化亞銅薄膜基礎(chǔ)上，對(duì)薄膜進(jìn)行600℃真空退火處理，來改善薄膜的結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)表明:退火處理后，氧化亞銅薄膜由(111)面擇優(yōu)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)為(200)面，薄膜更加致密，薄膜的晶粒尺寸長(zhǎng)大，結(jié)晶減少，載流子遷移率由5cm2/VS增加到14cm2/VS。
　　3、通過高溫?cái)U(kuò)散和共濺射兩種不同的