ZnO基TCO薄膜的制備及其光電特性的研究.pdf

1、以ZnO、Al2O3、TiO2等粉體為原料,采用固相常壓法制備了高致密度和高導(dǎo)電性的ZnO:Al(AZO)和ZnO:Al:Ti(AZTO)陶瓷靶材。研究燒結(jié)溫度對AZO靶材微結(jié)構(gòu)、相對密度和電性能的影響。采用射頻磁控濺射在玻璃基片上制備出了高度c軸擇優(yōu)取向的AZO薄膜,研究濺射壓強(qiáng)、濺射時間和氧分壓對薄膜光電性能的影響。比較AZO、AZTO與ITO薄膜的光電性能,探討AZO薄膜代替ITO薄膜的可能性。另外,我們在P型硅片上生長AZO薄膜

2、,測試了該薄膜的折射率、表面反射率及電池的少子壽命。主要的實驗結(jié)果如下:
　　(1)以ZnO、Al2O3和TiO2粉末為原材料,采用固相常壓法在不同的燒結(jié)溫度下制備了AZO和AZTO陶瓷靶材。XRD測試結(jié)果表明,AZO靶材均結(jié)晶良好;FESEM測試表明,當(dāng)燒結(jié)溫度為1400℃時,AZO晶粒尺寸較大,晶粒間界與孔洞等微觀缺陷較少,其致密度和電阻率分別為94.86％和1.01×10–2·cm。
　　(2)AZO靶材的正電子平均壽

3、命tm隨著燒結(jié)溫度的升高而下降,當(dāng)燒結(jié)溫度為1400℃時,tm達(dá)到最低;當(dāng)燒結(jié)溫度繼續(xù)升高達(dá)到1500℃時,tm升高。這表明,隨著燒結(jié)溫度的升高,靶材晶粒尺寸逐漸增大,缺陷逐漸減少,孔洞閉合,自由電子密度變高,正電子壽命降低;但當(dāng)燒結(jié)溫度繼續(xù)升高達(dá)到1500℃時,晶粒異常長大,晶界容易析出雜質(zhì)相,自由電子密度變低,正電子壽命變長。
　　(3)采用射頻磁控濺射技術(shù)在玻璃上生長AZO及AZTO透明導(dǎo)電薄膜,研究了不同濺射壓強(qiáng)、不同濺射

4、時間和不同氧氣含量對AZO透明導(dǎo)電薄膜光電性能的影響,結(jié)果表明:在壓強(qiáng)較低(0.5pa)時制得的AZO透明導(dǎo)電薄膜具有良好的結(jié)晶性能,且電阻率較低,可見光區(qū)平均透過率高于90%;當(dāng)濺射時間為120min時,薄膜厚度約為350nm,其電阻率為4.03899′10-3Ω·cm,霍爾遷移率和載流子濃度分別為9.96972cm2/Vs和-1.55002′1020/cm3(負(fù)號表示N型半導(dǎo)體),用紫外可見分光光度計測試其可見光(380~780nm

5、)平均透過率為91.7%;研究了不同O:Ar比對薄膜光電性能的影響,當(dāng)O:Ar比為零(即不通氧)時,AZO薄膜結(jié)晶質(zhì)量較好,電阻率較低,可見光區(qū)透過率較高,這表明AZO透明導(dǎo)電薄膜并非缺氧態(tài)。
　　(4)AZO薄膜的PL譜在440nm處出現(xiàn)明顯的藍(lán)光峰,這是由于薄膜中摻入Al引起大量的Zn填隙和氧空位,氧空位形成的淺施主能級到價帶頂?shù)能S遷和Zn填隙能級到價帶頂?shù)能S遷共同作用的結(jié)果。與本征ZnO薄膜相比,AZO與AZTO薄膜的紫外發(fā)

6、射峰均發(fā)生藍(lán)移。
　　(5)比較了AZO、AZTO與ITO薄膜的光電性能,展望了AZO薄膜未來代替ITO的可能。
　　(6)設(shè)計了一種新型結(jié)構(gòu)的太陽能電池:將AZO透明導(dǎo)電薄膜作為減反射層應(yīng)用于晶體硅太陽能電池,以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的Si3N4減反射膜。先用PECVD法在P型多晶硅片上制備了氮化硅薄膜,再用射頻濺射技術(shù)在該硅片上生長AZO透明導(dǎo)電薄膜。測試了該膜厚的折射率、表面反射率及電池的少子壽命,提出了改善其鈍化效果的方案。與商用