溅射气压对直流电源磁控溅射制备掺铝氧化锌薄膜性能的影响

以ZnO∶Al2O3(2wt%)陶瓷为溅射靶材,采用直流磁控溅射的方法,在普通玻璃衬底上制备ZnO∶Al(AZO)薄膜,研究了溅射气压对AZO薄膜的结构特性、表面形貌及其光电性的影响。XRD和SEM测试表明所有样品均为多晶六角纤锌矿结构,薄膜呈(002)晶面择优生长。用体积百分比为0.5%稀盐酸对制备的AZO薄膜进行腐蚀制绒,腐蚀后其表面形貌随溅射气压的不同而改变。在适当溅射气压下(～1.5m Torr)制备的薄膜,通过溅射后腐蚀工艺,可获得表面形貌具有特征陷光结构的AZO薄膜,其表面呈现"弹坑"状,薄膜的绒度随表面形貌的不同而变化。同时通过优化制备工艺,所有溅射气压下制备的AZO薄膜在可见光及近红外范围的平均透过率大于80%,电阻率低于8.5×10-4Ω·cm,可以满足硅基薄膜太阳电池对透明前电极光电性能的要求。     

表面补偿的高雾度ZnO∶Al及其在硅薄膜太阳电池中的应用

采用稀盐酸对磁控溅射法制备的平面掺铝氧化锌(ZnO∶Al,AZO)薄膜表面进行湿法刻蚀制绒,分析了盐酸浓度和刻蚀时间对AZO薄膜表面的形貌特征和光电特性的影响。研究发现,湿法刻蚀导致AZO薄膜表面呈现大尺度的陨石坑形貌特征,随刻蚀时间增加,薄膜在大于500 nm的长波范围内光学透过率可维持在70%~75%,且800nm处雾度值可高达48%,陷光能力快速增加,而面电阻率呈现逐渐增加趋势。高的盐酸浓度可以导致薄膜表面呈现较快凹型形貌特征,并可给出较高的雾度值。为了在保持高雾度值的条件下改善薄膜导电性,在2%盐酸刻蚀30 s所制备绒面沉积300 nm AZO薄膜进行厚度补偿,所获得薄膜的表面方块电阻小于10Ω/sq,以其作为前电极所制成的单结薄膜电池转换效率达到9.24%。结果表明,采用酸性刻蚀+厚度补偿方法所制备的绒面AZO薄膜可兼顾高雾度和低电阻的性能要求,是用作硅基薄膜太阳电池前电极的理想材料。     

衬底温度对Al掺杂ZnO薄膜结构及其光电性能的影响

利用溅射方法制备了Al掺杂ZnO(AZO)薄膜,探究了衬底温度对薄膜的形貌特征、结构和光电性能的调控.实验结果表明:衬底温度可以调控AZO薄膜的生长方式以及光电性能.随着衬底温度的升高,AZO薄膜从无规则的形状转变为球形并且其颗粒尺寸逐渐减小.XRD分析表明样品的结晶质量随着衬底温度的升高而变佳.透射光谱研究发现,在低衬底温度下,400 nm附近处有一吸收台阶,随着衬底温度升高,此吸收台阶消失,表明衬底温度影响着AZO内部的缺陷.电学性质研究表明随着衬底温度升高,AZO薄膜的导电性能也随着升高,电阻率从9×10-2 Ω·cm降到5×10-3 Q·cm.而其载流子浓度从6×1019 cm-3增加到2.2×1020 cm-3.     

硫化温度-时间曲线对铜锌锡硫薄膜性能的影响

采用溅射法制备含硫预制层,硫化时采用不同的升温速率对经过合金处理的含硫预制层进行退火硫化.通过表征薄膜的表面粗糙度,致密性,均匀性来研究硫化时升温速率对薄膜表面形貌的影响.结果表明当升温速率变慢时,薄膜中的CZTS颗粒逐渐增大,虽然较大的颗粒能减少单位面积内的晶界,但是薄膜的表面粗糙度却随颗粒尺寸的增大而逐渐下降.通过对薄膜的元素组分、晶体结构、相成分进行了检测,确定出薄膜的成分为贫铜富锌的单相锌黄锡矿.再通过测量相应的没有Mo层的CZTS薄膜样品的光电特性来间接的反映拥有Mo层的CZTS薄膜的光电特性.最终制备出结构为SLG/Mo/CZTS/CdS/i-ZnO/AZO/Ni/Al-grid的CZTS薄膜太阳电池,其中转换效率最高的电池为3.60;.     

两步法制备高择优取向的AZO薄膜

通过水热生长的预处理步骤在普通玻璃载玻片表面铺设种子层,然后采用旋涂法在处理好的衬底上涂覆前驱体溶胶,成功地制备出沿(002)晶面择优取向生长的Al掺杂的ZnO薄膜(AZO)薄膜.利用X射线衍射分析、扫描电镜表征薄膜形貌,并测定薄膜的透射率及电阻率.研究了种子层对AZO薄膜结晶性能、表面形貌及光电性能的影响.结果表明:种子层减少了薄膜生长初期的非晶成份,促进了薄膜的晶化.薄膜在可见光范围内平均透射率超过85;,导电性能也有所改善.     

射频溅射功率对ZnO透明导电薄膜光电性能的影响

采用磁控溅射技术在不同溅射功率下制备了ZnO薄膜.研究了薄膜的沉积速率、光电特性以及不同功率条件下制备的ZnO薄膜对HIT电池开路电压的影响.结果表明:在溅射功率为200 W时制备的薄膜,具有良好的导电性和光透过性;将其应用到HIT电池中,得到的开路电压最高.该研究对提高HIT电池性能具有一定的参考意义.     

304不锈钢表面氧化锆薄膜的腐蚀特性研究

采用溶胶-凝胶工艺在304不锈钢基体表面制备了经600℃烧结热处理的一、二、三层ZrO2薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM),对ZrO2薄膜晶体结构和表面形貌进行了表征.结果表明:ZrO2主要为四方相结构,并伴有少量的单斜相;随着薄膜层数的增加,薄膜表面形貌逐渐改善,晶粒尺寸逐渐减小.利用电化学工作站分析了涂膜前后样品在5; NaCl溶液中的电化学腐蚀行为.结果显示:ZrO2薄膜能够有效提高不锈钢的耐腐蚀能力,且随着薄膜层数的增加,样品的自腐蚀电流密度逐渐减小,自腐蚀电位与极化电阻值逐渐增大,耐腐蚀性能逐渐提高.     

溅射硒化物靶与金属单质靶制备Cu2 ZnSnSe4薄膜及电池的比较研究

采用磁控溅射SnSe-ZnSe-Cu硒化物靶和Sn-Zn-Cu金属单质靶的方法制备两种Cu2 ZnSnSe4(CZTSe)预制层,并将两种预制层采用相同的硒化工艺制备出CZTSe薄膜吸收层.分别采用XRD、Raman、SEM、EDS等分析了薄膜的晶体结构、相的纯度、表面及截面形貌和元素组分,结果发现采用硒化物靶制备的CZTSe吸收层薄膜更为平整致密且无明显孔洞.同时采用Hall测试和J-V测试对太阳电池薄膜的电学性质进行了表征,结果表明硒化物靶制备的CZTSe太阳电池的电流密度以及光电转化效率要高于金属单质靶,金属单质靶制备的CZTSe薄膜电池的开路电压为356 mV,短路电流密度为20.61 mA/cm2,光电转换效率为2.18;,而硒化物靶制备的CZTSe薄膜电池的开路电压为354 mV,短路电流密度为28.41 mA/cm2,光电转换效率为3.33;.     

反应溅射法制备AZO薄膜的结构和透明导电性能

不同于常用的金属或氧化物靶材,本研究以表面粘贴Al片的Zn/ZnO混合物(Al@Zn/ZnO)为靶材,在衬底温度(Ts)为150℃和300℃,溅射气氛为Ar+O2和Ar+H2下反应溅射制备Al掺杂ZnO(AZO)薄膜.通过干涉显微镜、XRD、Hall效应测试仪、紫外-可见分光光度计研究了Ts以及O2和H2流量对薄膜结构及透明导电性能的影响.结果发现,随O2流量增加,两种Ts下制备的AZO薄膜保持(002)择优取向,薄膜中压应力呈下降的趋势,而薄膜结晶度趋向于先增加后略有下降.薄膜的导电性能随O2流量增加呈逐渐增强的趋势.当O2流量高于一定值时,薄膜可以获得较高的可见光透过率,因此达到较高的品质因子.当Ts从150℃ 增加到300℃,薄膜的压应力降低,结晶度提高,但导电性未见明显提高.另外,薄膜禁带宽度主要由薄膜中压应力决定.与Ar+O2下制备的AZO薄膜相比,Ar+H2气氛下制备的薄膜基本上为非晶态,其导电性能差,而可见光透过率较高、禁带宽度较大.     

热处理和掺铝量对溶胶-凝胶法制备AZO薄膜光电性能的影响

以(CH3COO)2Zn·2H2O和AlCl3·6H2O为前驱物,以普通玻璃为基底利用溶胶-凝胶旋转涂膜法制备AZO薄膜.采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见分光光度计、四探针电阻测试仪等对AZO薄膜的物相组分、表面形貌、透射率和方块电阻进行测量与表征,并研究了热处理温度和掺铝量对AZO薄膜的结构和光电性能的影响.结果表明:AZO薄膜的结构和光电性能与不同的热处理温度和掺铝量有关,实验得到了最佳的工艺条件为热处理温度为500℃,热处理时间为60 min,掺Al溶度为1mol;,镀膜层数为8层.