Ga源温度对共蒸发三步法制备Cu(In,Ga)Se2太阳电池的影响

利用共蒸发三步法制备了Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜,并通过调整制备工艺中的一、三步的金属镓(Ga)的温度,改变Ga含量的梯度分布,研究不同梯度分布对CIGS薄膜及电池性能的影响.从而优化了电池带隙梯度分布,使电池的开路电压Voc在提高的同时,最大程度的减小了Jsc的损失.优化后薄膜表面的结晶情况得到改善,电池的结界面和二极管特性也得到相应的提高.量子效率测试发现,优化后的CIGS太阳电池在较长波段中(520～1100nm)的光子吸收损失大大减小.     

Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳电池二极管特性的研究

本文采用线性拟合光态和暗态J-V(电流-电压)曲线的方法计算了不同效率的Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜太阳电池的二极管性能参数.在一定范围内,CIGS薄膜电池的二极管品质因子A和反向饱和电流J0值越小,电池的转换效率越高,这说明CIGS电池的复合主要发生在PN结区内.量子效率分析表明,不同效率的CIGS电池在短波区(λ<520 nm)的光谱响应相差不大,而在长波区(520～1100 nm),低效率电池存在很大的吸收,这是由低质量的CIGS吸收层造成的.这进一步验证了光-暗态J-V曲线的分析结果,即高质量的吸收层是制备CIGS电池的关键.     

多晶Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳电池光强特性的研究

本文系统研究了Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜太阳电池在入射光强为10～100 mW/cm2范围内的性能参数.结果表明,随光强的减弱,CIGS电池的转换效率、填充因子、短路电流密度和开路电压等性能参数逐步衰减;电池参数与光强的依赖关系可明显划分为两个阶段:光强高于75 mW/cm2时,电池性能变化不大;当光强低于70 mW/cm2时,电池性能衰减明显.这是由于随着光强的降低,RS(串联电阻)值和RSH(并联电阻)值都在升高.其中,RSH值的增大使得CIGS电池的弱光特性变好,但较小的RSH值并不能弥补RS所导致电池性能的衰退.最后,发现高Ga含量的CIGS薄膜电池(8.7;)比低Ga含量(6.9;)的电池弱光特性好.     

镓(Ga)的含量及分布对CIGS薄膜电池量子效率的影响

采用两步法制备CuGaxIn1-xSe2薄膜,Cu-In-Ga金属预制层采用铜镓合金靶及铟靶通过磁控溅射方法沉积而成,采用固态源硒化法在硒蒸气密闭环境中硒化,通过调整镓(Ga)比例及分布控制CIGS薄膜的带隙,采用镓元素梯度分布,使CIGS薄膜带隙呈现抛物线状分布,电池的量子效率得到明显提高,制备出的CIGS薄膜电池开路电压与转换效率都得到很大程度的改善,电池最高转换效率已达9.4;.     

Cu(In,Ga)Se2薄膜电沉积制备及性能研究

采用Mo/钠钙玻璃衬底作为阴极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,大面积的铂网电极作为阳极的三电极体系,以氯化铜,三氯化铟,三氯化镓和亚硒酸的水溶液为电解液,利用电沉积技术制备出黄铜矿结构Cu(In,Ga)Se2多晶薄膜.研究了不同热处理温度对CIGS多晶薄膜材料的组成、结构和表面形貌的影响以及薄膜的光电学性能.实验结果表明当热处理温度为450℃时,所制备的Cu(In,Ga)Se2薄膜的化学组成接近理想的化学计量比,薄膜具有黄铜矿结构,颗粒均匀,致密性较好,在室温下禁带宽度为1.43 eV,具有高的吸收系数.     

柠檬酸钠的浓度对电沉积制备Cu(In,Ga)Se2薄膜的影响

本文详细介绍了电沉积制备Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜的原理.电解液由CuCl2,InCl3,GaCl3和柠檬酸钠溶液组成.溶流组成通过改变柠檬酸钠的浓度,铟和镓的沉积电位接近或等于铜和硒的沉积电位.Cu(In,Ga)Se2薄膜的性能研究分别采用扫描电镜自带能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)和扫描电镜分析Cu(In,Ga)Se2薄膜的化学组成、晶体结构和表面形貌.结果表明当柠檬酸钠浓度为1.0M时,所制备的Cu(In,Ga)Se2薄膜为单一的黄铜矿结构,晶粒大小均匀.     

GaAs/Ga2O3复合多晶薄膜的生长与光学性能研究

采用热蒸发沉积法,以砷化镓和氧化镓粉末为原料,以氧化铟为催化剂,在800 ℃的氩气气氛中,在(100)砷化镓基片表面上沉积生成GaAs/Ga2O3薄膜.以配有成分分析的场发射扫描电镜(FESEM)、X-射线衍射仪(XRD)、光致发光仪(PL)等测试方法对所得薄膜的成分、形貌、晶体结构和光学性能进行了表征.研究结果表明:薄膜以规整的波浪形均匀地覆盖在砷化镓基片表面上,所得薄膜为GaAs/Ga2O3复合多晶薄膜,光致发光峰为强的红光发射;薄膜的生长机理为固-气-固过程,薄膜中砷元素含量的增加与氧化铟的作用有关.     

共蒸发三步法制备CIGS薄膜的相变过程

本文采用共蒸发三步法沉积Cu(In,Ga) Se2 (CIGS)薄膜,其中关于Cu化合物的相转变过程是制约吸收层质量的关键.本文详细研究了三步法工艺中吸收层由贫Cu薄膜向富Cu薄膜转变的相变过程,通过X射线衍射仪(XRD)、X射线荧光光谱仪(XRF)及扫描电镜(SEM)结合的方法总结出三步法工艺的相变过程.     

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.     

退火温度对La3Ga5SiO14薄膜结构及表面形貌的影响

采用脉冲激光沉积技术在Si(100)衬底上制备了La3Ga5SiO14薄膜,并研究了不同的退火温度对薄膜结构和表面形貌的影响.衬底温度为室温时生长的薄膜经过800 ℃以上的高温退火后,由最初的无定形态转变为无规则取向的多晶结构.衬底温度为400 ℃时生长的薄膜经过800 ℃退火处理后呈现无序的多晶形态.当退火温度进一步升高至1000 ℃时,XRD图谱显示薄膜由最初的(220)和(300)两个结晶方向转变为以(200)和(400)为主要取向的多晶结构.表面形貌分析表明:衬底温度为400 ℃时,随着退火温度的升高,薄膜颗粒尺寸逐渐增大,表面无裂纹,而衬底温度为室温时生长的薄膜退火后则出现大量的裂缝、孔洞等缺陷.     

磁控溅射衬底加热温度和后退火温度对制备β-Ga2O3薄膜材料的影响

作为宽禁带半导体材料的一员,结构稳定的β-Ga₂O₃具有比SiC和GaN更宽的禁带宽度和更高的巴利加优值,近年来受到科研人员的广泛关注。本文采用射频(RF)磁控溅射法在C面蓝宝石衬底上生长β-Ga₂O₃薄膜,探究溅射过程中衬底加热温度的影响。溅射完成后通过高温退火处理提升薄膜质量,研究衬底加热温度和后退火温度对氧化镓薄膜晶体结构和表面形貌的影响。利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)等测试手段对β-Ga₂O₃薄膜晶体结构、表面形貌等进行分析表征。实验结果表明,随着衬底加热温度的升高,β-Ga₂O₃薄膜表面粗糙度逐渐降低,薄膜晶体质量得到显著提升;在氧气气氛中进行后退火,合适的后退火温度有利于氧化镓薄膜重新结晶、增大晶粒尺寸,能够有效修复薄膜的表面态和点缺陷,对于改善薄膜晶体质量有明显优势。     

不同退火条件对PEALD制备的Ga2O3薄膜特性的影响

利用等离子增强原子层沉积技术(PEALD)在c面蓝宝石衬底上制备了氧化镓(Ga₂O₃)薄膜,研究了退火气氛(v(N₂)∶v(O₂)=1∶1(体积比)、空气和N₂)及退火时间对Ga₂O₃薄膜晶体结构、表面形貌和光学性质的影响。研究结果表明,退火前的氧化镓处于亚稳态,不同退火气氛下退火后晶体结构发生明显改变,而且退火气氛中N₂比例增加有利于Ga₂O₃重结晶。在N₂气氛下退火达到30 min,薄膜结构已由亚稳态转变成择优取向的β-Ga₂O₃。而且表面形貌分析表明,退火30 min后表面形貌开始趋于稳定,表面晶粒密度不再增加。另外实验样品在 400~800 nm的平均透射率几乎是100%,且光吸收边陡峭。采用N₂气氛退火,对于富氧环境下沉积的Ga₂O₃更利于薄膜表面原子迁移,以及择优取向Ga₂O₃重结晶。     

铟镓共掺杂对n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结生长行为和光电性能的影响

利用低温水热法在p-GaN薄膜上生长了铟(In)和镓(Ga)共掺杂的ZnO纳米棒。X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线能量色谱仪(EDS)结果表明,In和Ga已固溶到ZnO晶格中。扫描电子显微镜(SEM)结果表明, ZnO纳米棒具有良好的c轴取向性,随着In和Ga共掺杂浓度的增加,纳米棒的直径减小,密度增加。XRD结果表明,In和Ga共掺杂引起ZnO晶格常数增大,导致(002)衍射峰向低角度方向偏移。同时,ZnO的光学性质受到In和Ga共掺杂的影响。与纯ZnO相比, 共掺杂ZnO纳米棒的紫外发射峰都出现轻微红移,这是表面共振和带隙重整效应综合作用的结果。I-V特性曲线表明,随着In和Ga共掺杂浓度的增加,n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结具有更好的导电性。     

Effect of external field on bond energy and activation barrier for surface diffusion

Surface diffusion is one of the most common phenomena during the thin-film growth. The microstructure of the thin film depends on the rate of surface diffusion of the adatoms. In this paper, we theoretically show the effect of external field on surface diffusion barrier using gallium nitride as an example. We show, via density functional calculation, that the desorption energy of surface adsorbed atom and activation barrier for surface diffusion process can be altered by application of external field. Finally, based on the arguments of the electronic effect, we analyze the origin of the effect of the external field and its orientation on desorption energy and activation barrier for surface diffusion.     

Effect of electrical field on growth of gallium arsenide layers from vapour phase

The effect of electrical fields on the growth rate and morphology of gallium arsenide layers in the GaAs AsCl₃ H₂ system is investigated. The fields both parallel and perpendicular to the substrate surface are used. It is found that application of the parallel field results n increase of growth rate of (111)A face but does not change that of 2° (001). The morphology of layers grown in such a field is better than that grown without any. The application of perpendicular field results in decrease of growth rate for both crystallographic orientations, the layer morphology worthening. In both cases the effect is greater when the substrate has a negative potential. Possible mechanisms of the field influence on the growth rates of gallium arsenide layers are discussed such as: supersaturation decrease because of nucleation in vapour phase and the change in the rates of surface processes.     

Structural investigation of gallium oxide (β-Ga2O3) nanowires grown by arc-discharge

Gallium oxide nanowires were synthesized by electric arc discharge of GaN powders mixed with a small amount of Ni and Co. The crystal structure of nanowires was determined by multi-channel X-ray diffractometry (MC-XRD), FT-Raman spectroscopy and transmission electron microscopy (TEM). The analyzed results clearly show that the synthesized nanowires are monoclinic gallium oxide (β-Ga₂O₃). Final morphology and microstructure of β-Ga₂O₃ nanowires were changed depending on the presence of the transition metals into the nanowires. The β-Ga₂O₃ nanowires grown by the assistance of transition metals demonstrate a smooth edge surface while containing twin defects at the center. The transition metals have enhanced the step growth of nanowires. However, in the case of the β-Ga₂O₃ nanowires, where the transition metals are not shown on the surface, the nanowires demonstrate rather thin and long shapes with amorphous gallium oxide layers on the nanowire surface.     

溅射制备不同厚度Pb(Zr0.52Ti0.48)O3薄膜结晶态的研究

研究了射频磁控溅射的Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT52/48)薄膜在退火晶化时,厚度对其结晶态及表面形貌的影响.首先利用Materials Studio软件对PZT分子进行了模拟,并模拟了X射线衍射(XRD)得到PZT的特征峰图;实验上,采用退火炉对不同厚度的PZT(52/48)薄膜进行了不同温度及时间的退火;接着采用XRD对各样片薄膜进行了结晶物相分析;采用FIB对部分样片薄膜表面形貌进行了观察.实验结果显示,薄膜的厚度及退火条件在一定程度上对其结晶态的影响是一致的;对于一定厚度的薄膜,合适且相同的退火(650 ℃)条件都可以使其形成单一的PZT(52/48)物相;二次退火对较厚薄膜结晶化有一定的作用,但随着溅射薄膜厚度的增加而累加了内应力,退火后形成有PZT(52/48)物相的较厚薄膜表面出现裂纹越明显.     

Low-temperature atomic assembly of stoichiometric gallium arsenide from equiatomic vapor

The low-temperature atomic assembly of homoepitaxial GaAs thin films on the (0 0 1) surface has been investigated using molecular dynamics with a Stillinger–Weber potential energy function. During equiatomic vapor deposition, crystalline growth was observed for substrate temperatures above 35% of the melting temperature. Below this temperature, the critical epitaxial thickness began to rapidly decrease as defects were increasingly incorporated and eventually nucleated an entirely amorphous structure. The atomic assembly mechanisms of arsenic dimer incorporation, as well as gallium vacancy formation, were studied just above the amorphous/crystalline growth transition temperature. The adsorption of arsenic dimers was found to show dependence upon the orientation of the deposited molecule. Atomic processes responsible for the formation of the gallium vacancy defects were observed, and the influence of growth temperature on defect formation was also identified.