Preparation and Device Applications of CuAlO2 and AlOx Thin Films.pdf

1、本文提出了一種制備CuAlO2陶瓷材料的新方法，即在無需溶劑的條件下，利用仲丁醇鋁和二價醋酸銅直接反應制備目標產(chǎn)物CuAlO2材料。通過傅里葉變換紅外光譜中1738cm-1峰值與峰強的對比分析，確認這種材料制備方法能同時使副產(chǎn)物酯得到有效去除。通過X射線光電子能譜的對比研究，發(fā)現(xiàn)反應物單體存在單一的Al-O鍵和Cu-O鍵，而產(chǎn)物中O1s、Al2p、Cu2p3/2、Cu2p1/2芯能級的化學位移以及 Cu-O衛(wèi)星峰的消失，則證明了 Cu-

2、O-Al混合金屬氧化物鍵的形成。我們利用熱重分析法、熱差分析法、逸出氣體分析法以及X射線衍射分析法，對這種材料制備方法的反應機制進行了深入探討，發(fā)現(xiàn)在空氣中900℃條件下進行退火，我們可以得到純相CuAlO2銅鐵礦結(jié)構(gòu)。同時利用電阻率和霍爾效應的變溫測試證實了該陶瓷材料本身的P型半導體特性。
　　本文將所制得的陶瓷材料壓制成濺射靶材，并通過射頻磁控濺射沉積技術(shù)，成功地在鈉鈣玻璃基片上制備了非晶雙極性Cu-Al-O薄膜。該濺射薄膜的

3、均一性和單相性可分別通過掃描電子顯微鏡和 X射線衍射分析來進行檢驗。通過調(diào)控材料中金屬的化學組分比例，即可達到控制多數(shù)載流子類型的目的。在制備過程中通過引入金屬銅或金屬鋁，同時調(diào)節(jié)氬氣/氧氣的比例，即可獲得富銅或富鋁的薄膜。富鋁薄膜的N型特性可從負的霍爾系數(shù)和正的莫特-肖特基斜率表征而得到證實；富銅薄膜的P型特性可從正的霍爾系數(shù)和負的莫特-肖特基斜率表征而得到證實?；赑、N型薄膜所形成的半導體同質(zhì)結(jié)具有良好的整流性和光伏特性。為了驗證

4、這一點，我們制備了簡單的光伏器件，獲得0.33V的開路電壓、8.00mA/cm2的短路電流密度和0.30的填充因子，并實現(xiàn)了0.79％的光電轉(zhuǎn)換效率。為發(fā)掘該非晶CuAlO2薄膜在鈣鈦礦型太陽能電池中的應用潛力，我們制備了采用非晶 CuAlO2薄膜作為緩沖層的具有倒置結(jié)構(gòu)的平面異質(zhì)結(jié)有機/無機鉛混合鹵化物（CH3NH3PbI3-xClx）鈣鈦礦型太陽能電池。將非晶CuAlO2薄膜用作ITO電極與PEDOT:PSS之間的空穴緩沖層，可使鈣

5、鈦礦型太陽能電池獲得0.88V的開路電壓，21.98 mA/cm2的短路電流密度和0.75的填充因子，并實現(xiàn)了14.52%的能量轉(zhuǎn)換效率。該種器件的性能，包括器件的工作穩(wěn)定性，都得到了很好的改善。此外，把在較低溫度下利用溶膠凝膠法所制備的具有高介電常數(shù)的AlOx薄膜應用于有機場效應晶體管的研究。具體說來，我們將最高加工溫度僅為150℃的 AlOx薄膜用作并五苯基場效應晶體管中 SiO2柵極的復合介質(zhì)層。該SiO2/AlOx雙層柵極介質(zhì)體