退火温度和溅射时间对磁控溅射法制备Mg2Si薄膜的影响

采用磁控溅射法和原位退火工艺在钠钙玻璃衬底上制备 Mg2Si 薄膜。首先在钠钙玻璃衬底上交替溅射沉积两层Si、Mg 薄膜,冷却至室温后原位退火4 h,制备出一系列 Mg2Si 薄膜样品。通过 X 射线衍射仪(XRD) 、 扫描电子显微镜(SEM)对所得薄膜样品的晶体结构和表面形貌进行表征, 讨论了退火温度和溅射Si/Mg/Si/Mg 时间对制备 Mg2Si 薄膜的影响。结果表明,采用磁控溅射法在钠钙玻璃衬底上交替溅射两层Si、Mg 薄膜, 通过原位退火方式成功制备出单一相的 Mg2Si 薄膜,溅射Si/Mg/Si/Mg 的时间为12.5/9/12.5/9 min,退火温度为550 ℃ 时,制备的 Mg2Si 薄膜结晶度最好,连续性和致密性最强。这对后续 Mg2Si 薄膜器件的设计与制备提供了重要的参考。 积两层Si、Mg 薄膜, 冷却至室温后原位退火4 h, 制备出一系列 Mg2Si 薄膜样品. 通过 X 射线衍射仪(XRD) 、 扫描 电子显微镜(SEM)对所得薄膜样品的晶体结构和表面形貌进行表征, 讨论了退火温度和溅射Si/Mg/Si/Mg 时间 对制备 Mg2Si 薄膜的影响. 结果表明, 采用磁控溅射法在钠钙玻璃衬底上交替溅射两层Si、Mg 薄膜, 通过原位退火 方式成功制备出单一相的 Mg2Si 薄膜, 溅射Si/Mg/Si/Mg 的时间为12.5/9/12.5/9 min, 退火温度为550 ℃ 时, 制 备的 Mg2Si 薄膜结晶度最好, 连续性和致密性最强. 这对后续 Mg2Si 薄膜器件的设计与制备提供了重要的参考.     

原位退火温度对Mg_2Si薄膜结构及方块电阻的影响

采用磁控溅射法和原位退火工艺在钠钙玻璃衬底上制备Mg_2Si半导体薄膜.首先在钠钙玻璃衬底上依次溅射一定厚度的Si、Mg薄膜,冷却至室温后原位退火4h,在400~600℃退火温度下制备出一系列Mg_2Si薄膜样品.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对Mg_2Si薄膜样品的晶体结构和表面形貌进行表征,利用四探针测试仪测试薄膜样品的方块电阻,讨论了原位退火温度对Mg_2Si薄膜结构、表面形貌及电学性能的影响.结果表明,采用原位退火方式成功在钠钙玻璃衬底上制备出单一相的Mg_2Si薄膜,退火温度为550℃时,结晶度最好,连续性和致密性最强,方块电阻最小.这对后续Mg_2Si薄膜器件的设计与制备提供了重要的参考.     

不同衬底和CdCl2退火对磁控溅射CdS薄膜性能的影响

在科宁7059玻璃, FTO, ITO, AZO四种衬底上磁控溅射CdS薄膜, 并在CdCl₂+干燥空气380 ℃退火, 分别研究了不同衬底和退火工艺对CdS薄膜形貌、结构和光学性能的影响. 扫描电子显微镜形貌表明: 不同衬底原位溅射CdS薄膜的形貌不同, 退火后相应CdS薄膜的晶粒度和表面粗糙度明显增大. XRD衍射图谱表明: 不同衬底原位溅射和退火CdS薄膜均为六角相和立方相的混相结构, 退火前后科宁7059玻璃, FTO, AZO衬底上CdS薄膜有 H(002)/C(111) 最强衍射峰, ITO衬底原位溅射CdS薄膜没有明显的最强衍射峰, 退火后出现 H(002)/(111) 最强衍射峰. 紫外-可见分光光度计分析表明: AZO, FTO, ITO, 科宁7059玻璃衬底CdS薄膜的可见光平均透过率依次减小, 退火后相应衬底CdS薄膜的可见光平均透过率增大, 光学吸收系数降低; 退火显著增大了不同衬底CdS薄膜的光学带隙. 分析得出: 上述结果是由于不同衬底类型和退火工艺对CdS多晶薄膜的形貌、结构和带尾态掺杂浓度改变的结果. 关键词： CdS薄膜 磁控溅射 退火再结晶 带尾态     

连续离子层吸附反应沉积后硫化法制备柔性铜锌锡硫薄膜太阳电池

在柔性钼箔衬底上采用连续离子层吸附反应法(successive ionic layer absorption and reaction)制备ZnS/Cu2SnSx叠层结构的预制层薄膜,预制层薄膜在蒸发硫气氛、550 C温度条件下进行退火得到Cu2ZnSnS4吸收层.分别采用EDS,XRD,Raman,SEM表征吸收层薄膜的成分、物相和表面形貌.结果表明,退火后薄膜结晶质量良好,表面形貌致密.用在普通钠钙玻璃上采用相同工艺制备的CZTS薄膜表征薄膜的光学和电学性能,表明退火后薄膜带隙宽度为1.49 eV,在可见光区光吸收系数大于104cm 1,载流子浓度与电阻率均满足薄膜太阳电池器件对吸收层的要求.用上述柔性衬底上的吸收层制备Mo foil/CZTS/CdS/i-ZnO/ZnO:Al/Ag结构的薄膜太阳电池得到2.42%的效率,是目前报道柔性CZTS太阳电池最高效率.     

不同环境下硫化镉/铜基薄膜异质结退火对太阳电池性能调控

高效铜基薄膜太阳电池通常采用无机n型半导体材料CdS作为缓冲层,因此,缓冲层与吸收层之间的界面质量和能带匹配对载流子的收集利用至关重要.在优化CdS基础工艺的基础上,在含硫气氛下对硫化镉/铜基薄膜异质结进行退火的策略进一步提高CdS薄膜质量,并将其应用到铜基太阳电池,调控铜基薄膜电池p-n异质结能带匹配.研究表明, CdS薄膜在含硫的惰性气氛中退火可以有效提高CdS薄膜的结晶质量并抑制CZTS/CdS异质结界面的非辐射复合,器件的开路电压得到大幅提升,最高可达718 mV.在器件效率方面,基于溅射法的CZTS太阳电池效率从3.47%提升到5.68%,约为不退火处理的2倍.该研究为铜基薄膜太阳电池器件实现高开路电压提供了可靠的工艺窗口.同时,有力地说明了退火气氛选择对于CdS质量以及CZTS/CdS异质结能带匹配的重要性,除了界面互扩散以外,对薄膜材料组分及其结晶性等均实现了调控.     

磁控溅射法结合异位退火制备MgB_2超导薄膜的研究

采用磁控溅射法,结合真空异位退火,成功制备MgB_2超导薄膜,探索了退火温度、退火时间、磁控溅射功率和溅射气压对MgB_2薄膜超导特性的影响。通过XRD、SEM和PPMS测量的结果来分析退火及溅射的工艺参数对MgB_2超导薄膜的晶体结构、表面形貌及超导性能的影响。研究表明,退火温度为670℃,退火时间为2h,MgB_2靶溅射功率控制在300W,Ar溅射气压保持为2Pa,MgB_2薄膜表现出最优的超导特性,其临界电流密度Jc为1.8×105A/cm2。     

电镀法在氧化铟锡上制备铜锌锡硫薄膜的光谱特征（英文）

低成本、环境友好的铜锌锡硫替代含贵金属和有毒金属的铜铟镓硒,是薄膜太阳能电池的最佳选择。电镀法是一种无需真空设备和靶材的低成本方法。一种更简单的制膜方法是在水溶液中共电镀沉积Cu-Zn-Sn(CZT)合金于FTO衬底上。采用氩气保护气氛下在550℃硫化电镀法制得的CZT合金前驱体,成功制备了CZTS薄膜。采用三电极体系将CZT合金前驱体电镀在FTO上,其中FTO作为工作电极,铂(Pt)网和Ag/AgCl分别作为对电极和参比电极。电解质由CuSO_4, ZnSO_4, SnSO_4,络合剂-三乙醇胺(TEA)和柠檬酸钠组成。前驱体在氩气保护气氛下550℃硫化得到CZTS薄膜。采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见光光谱仪和光电化学测量(PEC)等方法,表征了CZTS薄膜的结构、形貌、成分和光谱学性质。XRD和拉曼光谱证明了550℃硫化后的CZTS薄膜具有锌黄锡矿结构。一个Raman主峰位于342 cm~(-1),两个Raman次强峰分别位于289和370 cm~(-1),这些峰位与锌黄锡矿CZTS的峰位相吻合。SEM结果证明优化后CZTS薄膜成分接近CZTS的理想化学计量比, CZTS薄膜中Cu/(Zn+Sn)和S/(Zn+Sn+Cu)分别为0.52和1.01,这表明CZTS薄膜中S的含量非常合适。PEC结果证实,采用前照射或后照射FTO/CZTS均产生光电流,并且两种照射下产生的光电流方向一致。通过紫外可见光光谱测量并由此计算出的CZTS能隙为1.45 eV。通过上述分析证明制备的CZTS薄膜具有高品质,可用于制备CZTS薄膜太阳能电池。     

光纤基底TiNi形状记忆合金薄膜制备工艺

将TiNi基记忆合金薄膜与光纤相结合可制成智能化、集成化且成本经济的微机电系统和微传感器件.本文采用磁控溅射法在二氧化硅光纤基底上制备TiNi记忆合金薄膜,系统讨论了溅射工艺参数以及后续退火处理对薄膜质量的影响.采用自研制光纤镀膜掩膜装置在直径为125μm的光纤圆周表面上形成均匀薄膜.实验表明:在靶基距、背底真空度、Ar气流量和溅射时间一定的条件下,溅射功率存在最佳值;溅射压强较大时,薄膜沉积速率较低,但薄膜表面粗糙度较小.进行退火处理后,薄膜形成较良好的晶体结构,Ti_49.09Ni_50.91薄膜中马氏体B19′相和奥氏体B2相共存,但以B19′为主.根据本文研究结果,在玻璃光纤基底上制备高质量的TiNi基记忆合金薄膜是可实现的,本工作为下一步研制微机电系统和微型传感器做了基础准备.     

Bi-Sb-Te基热电薄膜温差电池离子束溅射制备与表征

本文采用离子束溅射Bi/Te和Sb/Te二元复合靶,直接制备n型Bi₂Te₃热电薄膜和p型Sb₂Te₃热电薄膜.在退火时间同为1 h的条件下,对所制备的Bi₂Te₃薄膜和Sb₂Te₃薄膜进行不同温度的退火处理,并对其热电性能进行表征.结果表明,在退火温度为150 ℃时,制备的n型Bi₂Te₃关键词： 薄膜温差电池 2Te₃薄膜')" href="#">Sb₂Te₃薄膜 2Te₃薄膜')" href="#">Bi₂Te₃薄膜 离子束溅射     

离子束增强沉积制备p型氧化锌薄膜及其机理研究

采用离子束增强沉积方法在Si和SiO₂/Si衬底上制备In-N共掺杂ZnO薄膜(INZO)，溅射靶是用ZnO和2 atm% In₂O₃粉体均匀混合并压制而成，在氩离子溅射ZnO靶的同时，氮、氩混合离子束垂直注入沉积的薄膜.实验结果显示INZO薄膜具有(002)的择优取向，并且为p型导电，电阻率最低为0.9Ωcm.薄膜在氮气、氧气气氛下退火，对薄膜的结构和电学特性与成膜和退火条件的关系进行了分析. 关键词： 氧化锌薄膜 p型掺杂 离子束增强沉积     

衬底温度对共蒸发法制备Cu2ZnSnSe4太阳电池的影响

采用共蒸发法在不同衬底温度下沉积Cu_2ZnSnSe_4(简称CZTSe)薄膜,分析了衬底温度对CZTSe材料性质及电池性能的影响。研究表明:当衬底温度较低时(380℃),CZTSe薄膜中含有SnSe_x使电池失效;随着衬底温度的升高,CZTSe薄膜的结晶质量明显提升,电池开路电压增加。但当衬底温度达到460℃时,电池的转换效率反而下降;结合CZTSe的生长机理及器件模型分析了电池效率下降可能的原因。最终在衬底温度420℃的条件下制备出效率为3.12%(有效面积0.34 cm~2)的CZTSe太阳电池。     

铜锌锡硫薄膜材料及其器件应用研究进展

铜锌锡硫薄膜材料组成元素储量丰富, 环境友好, 成本低廉, 成为最具前景的薄膜材料之一. 目前, Cu₂ZnSn(S, Se)₄ (CZTSSe)薄膜太阳电池的最高转换效率已经达到12.6%. 本文总结了Cu₂ZnSnS₄ (CZTS)的发展历史, 依次介绍了CZTS薄膜材料的结构特性、光学特性、电学特性、界面特性和Na对CZTS 薄膜的影响, 详细介绍了CZTS薄膜的制备方法及器件应用的最新研究进展, 总结了目前CZTS薄膜太阳电池发展中存在的问题, 展望了今后的研究方向.     

电镀法在氧化铟锡上制备铜锌锡硫薄膜的光谱特征

低成本、环境友好的铜锌锡硫替代含贵金属和有毒金属的铜铟镓硒,是薄膜太阳能电池的最佳选择。电镀法是一种无需真空设备和靶材的低成本方法。一种更简单的制膜方法是在水溶液中共电镀沉积Cu-Zn-Sn（CZT)合金于FTO衬底上。采用氩气保护气氛下在550 ℃硫化电镀法制得的CZT合金前驱体,成功制备了CZTS薄膜。采用三电极体系将CZT合金前驱体电镀在FTO上,其中FTO作为工作电极,铂（Pt）网和Ag/AgCl分别作为对电极和参比电极。电解质由CuSO₄,ZnSO₄,SnSO₄,络合剂-三乙醇胺（TEA）和柠檬酸钠组成。前驱体在氩气保护气氛下550℃硫化得到CZTS薄膜。采用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱、扫描电子显微镜（SEM）、紫外可见光光谱仪和光电化学测量（PEC）等方法,表征了CZTS薄膜的结构、形貌、成分和光谱学性质。XRD和拉曼光谱证明了550 ℃硫化后的CZTS薄膜具有锌黄锡矿结构。一个Raman主峰位于342 cm-1,两个Raman次强峰分别位于289和370 cm-1,这些峰位与锌黄锡矿CZTS的峰位相吻合。SEM结果证明优化后CZTS薄膜成分接近CZTS的理想化学计量比,CZTS薄膜中Cu/(Zn+Sn）和 S/(Zn+Sn+Cu)分别为0.52和1.01,这表明CZTS薄膜中S的含量非常合适。PEC结果证实,采用前照射或后照射FTO/CZTS均产生光电流,并且两种照射下产生的光电流方向一致。通过紫外可见光光谱测量并由此计算出的CZTS能隙为1.45 eV。通过上述分析证明制备的CZTS薄膜具有高品质,可用于制备CZTS薄膜太阳能电池。     

The characteristic of Cu2ZnSnS4 thin film solar cells prepared by sputtering CuSn and CuZn alloy targets

Recent study shows that the main reason for limiting CZTS device performance lies in the low open circuit voltage, and crucial factor that could affect the V_oc is secondary phases like ZnS existing in absorber layer and its interfaces. In this work, the Cu₂ZnSnS₄ thin film solar cells were prepared by sputtering CuSn and CuZn alloy targets. Through tuning the Zn/Sn ratios of the CZTS thin films, the crystal structure, morphology, chemical composition and phase purity of CZTS thin films were characterized by X-Ray Diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) equipped with an energy dispersive spectrometer (EDS) and Raman spectroscopy. The statistics data show that the CZTS solar cell with a ratio of Zn/Sn = 1.2 have the best power convention efficiency of 5.07%. After HCl etching process, the CZTS thin film solar cell with the highest efficiency 5.41% was obtained, which demonstrated that CZTS film solar cells with high efficiency could be developed by sputtering CuSn and CuZn alloy targets.     

微晶硅锗薄膜作为近红外光吸收层在硅基薄膜太阳电池中的应用

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术,制备了具有一定晶化率不同Ge含量的氢化微晶硅锗(μcSi1-xGex:H)薄膜.通过Ⅹ射线荧光谱、拉曼光谱、X射线衍射谱、傅里叶红外谱、吸收系数谱和电导率的测试,表征了μc-Si_(1-x)Ge_x:H的材料微结构随Ge含量的演变.研究表明:提高Ge含量可以增强μc-Si_(1-x)Ge_x:H薄膜的吸收系数.将其应用到硅基薄膜太阳电池的本征层中可以有效提高电池的短路电流密度(J_(sc)).特别是在电池厚度较薄或陷光不充分的情况下,长波响应的提高会更为显著.应用ZnO衬底后,在Ge含量分别为9%和27%时,μc-Si_(1-x)Ge_x:H太阳电池的转换效率均超过了7%.最后,将μc-Si_(1-x)Ge_x:H太阳电池应用在双结叠层太阳电池的底电池中,发现μc-Si_(0.73)Ge_(0.27):H底电池在厚度为800 nm时即可得到比1700 nm厚微晶硅(μc-Si:H)底电池更高的长波响应.以上结果体现μc-Si_(1-x)Ge_x:H太阳电池作为高效近红外光吸收层,在硅基薄膜太阳电池中应用的前景.     

部分阳离子取代优化铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池性能研究进展

作为无机化合物薄膜太阳能电池中具有代表性的一类电池,铜锌锡硫硒(Cu2ZnSn(S,Se)4,简称CZTSSe)薄膜太阳能电池因其组成元素地壳含量丰富、低毒等优点受到广泛关注.目前,吸收层的高缺陷密度和器件的低开路电压被认为是限制该类电池效率的两个关键因素.为了突破这两大困境,科研人员发展了阳离子取代方法,即通过引入其...     

基于FTO/VO2/FTO结构的VO2薄膜电压诱导相变光调制特性

采用直流磁控溅射和后退火工艺在掺氟的SnO₂(FTO)导电玻璃衬底上制备VO₂薄膜, 研究了不同退火时间和不同比例的氮氧气氛对VO₂薄膜性能的影响, 对VO₂薄膜的结晶取向、表面形貌、表面元素的相对含量和透过率随波长变化进行了测试分析, 结果表明在最佳工艺条件下制备得到了组分相对单一的VO₂薄膜. 基于FTO/VO₂/FTO结构在VO₂薄膜两侧的透明导电膜上施加电压并达到阈值电压时, 观察到了明显的电流突变. 当接触面积为3 mm×3 mm时, 阈值电压为1.7 V, 阈值电压随接触面积的增大而增大. 与不加电压的情况相比, FTO/VO₂/FTO结构在电压作用下高低温的红外透过率差值可达28%, 经反复施加电压, 该结构仍保持性能稳定, 具有较强的电致调控能力.     

基于BiFeO_3/ITO复合膜表面钝化的黑硅太阳电池性能研究

采用金属银辅助化学刻蚀法在制绒的硅片表面刻蚀纳米孔形成微纳米双层结构,以期获得高吸收率的太阳能电池用黑硅材料.鉴于微纳米结构会在晶硅表面引入大量的载流子复合中心,利用磁控溅射技术在黑硅太阳电池表面制备了BiFeO_3/ITO复合膜,并对其表面性能和优化效果进行了探索.实验制备的具有微纳米双层结构的黑硅纳米线长约180—320 nm,在300—1000 nm波长范围内入射光反射率均在5%以下.沉积BiFeO_3/ITO复合薄膜后的黑硅太阳能电池反射率略有提高,但仍然具有较强的光吸收性能;采用BiFeO_3/ITO复合膜的黑硅太阳能电池开路电压和短路电流密度分别由最初的0.61 V和28.42 mA/cm~2提升至0.68 V和34.57 mA/cm~2,相应电池的光电转化效率由13.3%上升至16.8%.电池综合性能的改善主要是因为沉积BiFeO_3/ITO复合膜提高了电池光生载流子的有效分离,从而增强了黑硅太阳电池短波区域的光谱响应,表明具有自发极化性能的BiFeO_3薄膜对黑硅太阳能电池的表面性能可起到较好的优化作用.     

退火温度对溶胶-凝胶法制备锌锡氧化物薄膜晶体管的影响

采用溶胶-凝胶法制备了非晶锌锡氧化物(ZTO)薄膜晶体管(TFT),通过热重-差热分析(TG-DTA)对ZTO胶体中的化学反应进行了分析,研究了不同退火温度对ZTO TFTs性能的影响。结果表明:当退火温度在300~500℃范围内时,薄膜为非晶态结构,薄膜表面致密、平整。当退火温度达到400℃时,薄膜在可见光范围内具有高透过率(>85%)。随着退火温度的升高,器件阈值电压明显降低,由15.85 V降至3.76 V,载流子迁移率由0.004 cm²·V^-1·s^-1提高到5.16 cm²·V^-1·s^-1,开关电流比达到10⁵。退火温度的升高明显改善了ZTO TFT的电学性能。     

n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-Cu2ZnSnS4太阳能电池光伏特性的分析

具有高光吸收系数的半导体Cu₂ZnSnS₄ (CZTS)薄膜是一种新型太阳能电池材料. 本文对n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS结构的CZTS薄膜太阳能电池进行分析, 讨论CZTS薄膜的掺杂浓度、厚度、缺陷态和CdS薄膜的掺杂浓度、 厚度对太阳能电池转换效率的影响以及太阳能电池的温度特性. 分析表明, CZTS薄膜作为太阳能电池的主要光吸收层, CZTS薄膜的掺杂浓度和厚度的取值对太阳能电池的转换效率有显著影响, CZTS薄膜结构缺陷态的存在会导致太阳能电池性能的下降. CdS缓冲层的掺杂浓度、厚度对太阳能电池光伏特性的影响较小. 经结构参数优化得到的n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS薄膜太阳能电池的最佳光 伏特性为开路电压1.127 V、短路电流密度27.39 mA/cm²、填充因子87.5%、 转换效率27.02%,转换效率温度系数为-0.14%/K.