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.     

反应磁控溅射制备AZO薄膜相结构的演化及机理研究

在室温下,利用直流反应磁控溅射技术在不同的氧气流量下沉积ZnO∶ Al (AZO)薄膜.采用XRD、SEM和TEM技术分析薄膜相成分、表面截面形貌及微观结构.结果表明:氧气流量为2.5 sccm时,沉积形成的薄膜为不透明具有金属导电性能的AZO/Zn( AZO)双层复合膜结构;氧气流量为3.5 sccm时,沉积形成了透明导电的AZO薄膜;氧气流量为5.0 sccm时,形成了透明不导电且含有纳米Al2O3颗粒的AZO薄膜;此外,AZO薄膜在400℃退火后,薄膜晶粒长大和(002)晶面方向择优生长更加明显以及高氧气流量沉积的AZO薄膜中的纳米Al2O3颗粒消失.     

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。     

超声喷雾热解法制备铝掺杂氧化锌薄膜

采用超声喷雾热解法在玻璃衬底上制作了不同浓度Al掺杂的ZnO: Al薄膜(AZO).采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光致发光(PL)、反射光谱(Res)、四探针测试仪等测试了不同Al掺杂浓度下AZO薄膜的表面形貌、晶体结构和光学、电学性能.SEM结果表明低掺杂浓度时AZO表面致密,随着Al浓度的增加薄膜表面孔洞增多,平整度降低.XRD结果表明当nZn/nAl物质的量比为100: 5时, AZO薄膜为c轴择优取向纤锌矿结构.PL谱结果表明不同浓度的Al掺杂AZO薄膜具有近带边紫外发射和深能级发射两个发射峰,且紫外发射峰随着Al3+浓度的增加先蓝移后红移.反射光谱表明所有样品在可见光区的反射率较低..方阻测试结果表明当nZn/nAl为100: 5时,AZO薄膜具有良好的导电性.     

退火温度和涂膜层数对溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜微结构及光学特性的影响

采用溶胶-凝胶法在玻璃基片上制备了ZnO薄膜,研究了退火温度和涂膜层数对ZnO薄膜结晶性和光学特性的影响.扫描电镜(SEM)结果表明,退火温度的升高使得薄膜致密性和均匀性均得到改善.旋涂10层以上的薄膜其表面形貌明显要好于旋涂5层的薄膜样品,但旋涂10层和20层的薄膜其形貌和微结构差异并不显著.XRD图谱表明所有样品都具有纤锌矿结构,随着热处理温度的升高,各衍射峰强度增大,晶粒尺寸变大.光致发光(PL)测量显示,退火温度越高,涂膜层数越少,其PL谱发光强度越强.紫外-可见透过谱发现,涂膜层数越少,透射率越高;而提高退火温度也有助于改善薄膜透射率.结合已得到的微结构信息,对观察到的光学性能进行了合理解释,综合认为旋涂10层并在600℃退火是溶胶凝胶法制备ZnO薄膜的最佳生长条件.     

Si(111)外延GaN的表面形貌及形成机理研究

用高温AlN作缓冲层在Si(111)上外延生长出GaN薄膜.通过对薄膜表面扫描电子显微镜(SEM)和高分辨率双晶X射线衍射(DCXRD)的分析,确定缓冲层对外延层形貌的影响,分析解释了表面形貌中凹坑的形成及缓冲层生长温度对凹坑的影响.结果表明:温度的高低通过影响缓冲层初始成核密度和成核尺寸来影响外延层表面形貌.     

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.     

在Si(100)上以AlN作过渡层低温外延生长ZnO薄膜

采用脉冲激光沉积(PLD)方法在Si(100)上成功生长了高度c轴取向的AlN薄膜,并以此为衬底,实现了ZnO薄膜的低温准外延生长.通过X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)以及荧光分光光度计表征ZnO薄膜的结构、表面形貌和发光性能.结果表明,ZnO薄膜能在AlN过渡层上沿c轴准外延生长,采用AlN过渡层后,其荧光强度也有大幅提高.     

AZO薄膜刻蚀形貌优化及其在硅基薄膜双结太阳能电池中的应用

采用磁控溅射结合酸腐蚀法制备掺铝氧化锌透明导电氧化物薄膜,研究关键溅射工艺参数对AZO薄膜腐蚀后性能的影响.研究发现,在较低沉积温度和较大溅射压强条件下,样品腐蚀后可以形成粗糙度和雾度更大的表面形貌,有利于提高电池性能;而溅射功率增加,虽然能提升样品腐蚀后的粗糙度,但雾度的增加则呈现饱和趋势.将具有优良光电性能、不同雾度的AZO薄膜作为前电极制备非晶/微晶硅薄膜双结太阳能电池,发现雾度越大,电池的短路电流密度越大,特别是底电池电流密度越大,从而电池的光电转换效率也获得提高.这一发现有助于通过优化溅射工艺参数来改进AZO薄膜表面形貌和电池性能.