AZO太陽能薄膜的制備與研究

【摘要】：本文以兩種方式在透明玻璃襯底上磁控濺射制備AZO薄膜,分別是Zn、Al金屬靶直流濺射和氧化鋅鋁(97:3 wt%)陶瓷靶射頻濺射,通過對薄膜進行退火處理以改善薄膜結(jié)構(gòu)。分別采用X-ray Diffraction(XRD)、四探針、紫外分光光度計和掃描電子顯微鏡(SEM)測試薄膜的表面微觀結(jié)構(gòu)、結(jié)晶質(zhì)量、電學(xué)性能和光學(xué)性能。主要的研究參數(shù)是氧氬比、Al含量、Ar氣壓強、退火時間和溫度,研究分析參數(shù)變化對薄膜結(jié)構(gòu)及性能的影響。實驗結(jié)果表明:金屬雙靶直流濺射制備AZO薄膜,O_2/Ar=0.35時,薄膜的綜合性能較好,透光度達到92%,電阻率是5.6×10~(-3)?.cm。其中氧氣含量對薄膜的光電性能影響很大,在試驗中隨著氧氬比的增大(0.25-0.8范圍內(nèi)),薄膜的透光度由85%上升到92%,電阻率從5.6×10~(-3)?.cm增加到1.4×10-2?.cm。Al摻雜實驗表明,Al摻雜量對AZO薄膜的光學(xué)性能影響不大,所有樣品的透射率均在85%以上,但Al摻雜量對薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和導(dǎo)電性能有顯著的影響。當Al摻雜量Wt(Al)=1.2%時,AZO薄膜晶粒尺寸最大,結(jié)晶性能較好。當Al摻雜量Wt(Al)=1.4%時,電阻率最低,達到4.2×10~(-3)?.cm。退火處理對薄膜的導(dǎo)電性能有改善作用。合適的退火處理能使薄膜產(chǎn)生再結(jié)晶而導(dǎo)致晶粒細化,薄膜結(jié)晶情況得到改善,從而使薄膜光電性能均得到提高。在實驗溫度范圍內(nèi),退火溫度越高,薄膜的光電性能越好,退火時間長短也對薄膜性能有較大影響。本實驗中,金屬靶濺射制備的AZO薄膜在退火溫度為450℃、時間1-2h時,光電性能較佳,透射率和電阻率分別為:92%和33.6 10.cm-′?。陶瓷靶射頻濺射制備AZO薄膜,濺射過程通氧有利于氧粒子充分與鋅結(jié)合,提高AZO薄膜的光學(xué)性能。本實驗條件下,陶瓷靶通氧濺射制備的薄膜,其透射率均比較高,達到93%;在不通氧的情況下,透射率也達到90%,薄膜電阻率最低,達到33.2 10.cm-W′,綜合性能最佳。氬氣壓強是影響AZO薄膜電學(xué)性能的重要因素,在不通氧的情況下,隨著氬氣壓強的升高,從0.1Pa加壓到1.5Pa,(002)衍射峰強度越來越小,電阻率逐漸增大,而對透光度無明顯的影響。退火處理對陶瓷靶制備的AZO薄膜也有較大的影響,和退火處理對金屬靶濺射制備AZO薄膜的作用相似,本實驗中,當退火溫度在420℃、時間1h,光電性能較佳。 【關(guān)鍵詞】：AZO薄膜 氧氬比 Al含量 氬氣壓強 退火處理
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒言11-24
• 1.1 太陽能電池概述11-15
• 1.1.1 太陽能電池的發(fā)展12-14
• 1.1.2 太陽能電池的制備材料14-15
• 1.2 硅基薄膜太陽能電池15-17
• 1.2.1 硅基薄膜太陽能電池制備技術(shù)的發(fā)展15-17
• 1.2.2 硅基薄膜電池窗口層的選擇17
• 1.3 TCO薄膜的介紹17-19
• 1.4 AZO導(dǎo)電薄膜19-21
• 1.4.1 ZnO薄膜結(jié)構(gòu)屬性19
• 1.4.2 AZO薄膜的導(dǎo)電機理和光學(xué)性質(zhì)19-21
• 1.5 研究思路與主要研究內(nèi)容21-22
• 1.6 本論文的行文結(jié)構(gòu)22-24
• 第二章 制備設(shè)備的介紹及性能的表征24-29
• 2.1 實驗設(shè)備介紹和制備工藝24-26
• 2.1.1 實驗所用的磁控濺射鍍膜儀24-25
• 2.1.2 制備工藝25-26
• 2.1.3 磁控濺射原理26
• 2.2 薄膜性能的表征26-29
• 2.2.1 X射線衍射儀（XRD）26-27
• 2.2.2 紫外分光光度計（UV-2450）27
• 2.2.3 掃描電子顯微鏡（SEM）27-28
• 2.2.4 四探針電阻儀28-29
• 第三章 共濺Zn和Al靶制備AZO薄膜的性能研究29-55
• 3.1 氧氬比對薄膜性能的影響29-35
• 3.1.1 氧氬比對結(jié)晶性能的影響30-33
• 3.1.2 氧氬比對導(dǎo)電率的影響33-34
• 3.1.3 氧氬比對光學(xué)性能的影響34-35
• 3.2 鋁含量對薄膜性能的影響35-43
• 3.2.1 不同鋁摻雜量對薄膜結(jié)晶性能的影響38-41
• 3.2.2 不同鋁摻雜量對薄膜電學(xué)性能的影響41-42
• 3.2.3 不同鋁摻雜量對薄膜光學(xué)性能的影響42-43
• 3.3 退火處理對AZO薄膜的影響43-48
• 3.3.1 退火溫度對薄膜性能的影響44-47
• 3.3.2 退火時間對薄膜性能的影響47-48
• 3.4 無氧氣氛下ZnO薄膜的制備與探討48-53
• 3.4.1 氬氣流量對薄膜結(jié)晶性能的影響49-52
• 3.4.2 退火處理對薄膜結(jié)晶性能以及光學(xué)性能的影響52-53
• 3.5 小結(jié)53-55
• 第四章 射頻濺射陶瓷靶制備AZO薄膜的性能研究55-70
• 4.1 氧氬比對薄膜性能的影響55-60
• 4.1.1 氧氬比對薄膜結(jié)晶性能的影響55-58
• 4.1.2 氧氬比對薄膜光電性能的影響58-60
• 4.2 氬氣壓對薄膜性能影響60-63
• 4.2.1 氬氣壓對薄膜結(jié)晶性能的影響61-62
• 4.2.2 氬氣壓對AZO薄膜光電性能的影響62-63
• 4.3 退火處理對AZO薄膜的影響63-69
• 4.3.1 退火溫度對薄膜性能的影響64-67
• 4.3.2 退火時間對薄膜性能的影響67-69
• 4.4 小結(jié)69-70
• 第五章 結(jié)論與展望70-72
• 參考文獻72-76
• 致謝76-77
• 攻讀碩士研究生學(xué)位期間發(fā)表或收錄論文77

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