Zn1-xMgxO薄膜和ZnO-Al-Si異質(zhì)結(jié)的制備及光伏特性的研究.pdf

1、ZnO是一種Ⅱ-Ⅳ族直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體，摻入Mg形成三元合金Zn1-xMgxO，其禁帶寬度會(huì)隨著Mg含量的變化從3.37eV連續(xù)調(diào)制到4.0eV。從而可以調(diào)節(jié)ZnO的發(fā)光特性，提高紫外光的發(fā)光效率，在半導(dǎo)體激光器、光學(xué)帶隙工程和薄膜太陽(yáng)能電池中具有較大的應(yīng)用潛力。Al摻雜ZnO薄膜是一種新型透明導(dǎo)電薄膜，具有優(yōu)良的光電特性，來(lái)源豐富，無(wú)毒，價(jià)格低廉，同時(shí)具有很高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，是理想的ITO替代材料。廣泛應(yīng)用于氣敏傳感器、平板

2、顯示器以及太陽(yáng)能電池中。在太陽(yáng)能電池中的主要應(yīng)用是作為窗口透明電極，而在硅襯底上直接沉積ZnO：Al薄膜制備ZnO：Al/Si異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的研究較少，其具有優(yōu)良的光伏效應(yīng)，且制作工藝簡(jiǎn)單，制備溫度較低，具有一定的潛在應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文采用射頻磁控濺射法制備了不同Mg含量的Zn1-xMgxO薄膜，并對(duì)Zn0.88Mg0.12O薄膜進(jìn)行了退火，研究了薄膜樣品的結(jié)構(gòu)、形貌和光學(xué)性能。此外，在制絨硅襯底上射頻濺射ZnO：Al薄膜

3、，制備了ZnO：Al/Si異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池，考察了襯底溫度、氧氬比、濺射功率對(duì)ZnO：Al薄膜結(jié)構(gòu)、形貌的影響以及對(duì)ZnO：Al/Si異質(zhì)結(jié)電池性能的影響，實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)論如下：
　　 1).ZnO靶材上放置高純Mg片，運(yùn)用射頻磁控濺射法在普通玻璃上制備了Zn1-xMgxO(x=0.1，0.16，0.18，0.24)薄膜。所有樣品均呈ZnO的六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，Mg2+有效地替代了Zn2+；樣品表面顆粒均勻致密，可見(jiàn)光范圍內(nèi)光透過(guò)率達(dá)

4、90％左右；隨著Mg含量增多，Zn1-xMgxO薄膜的吸收邊和紫外發(fā)光峰均出現(xiàn)藍(lán)移，實(shí)現(xiàn)了對(duì)禁帶寬度的調(diào)節(jié)。
　　 2).Zn0.88Mg0.12O薄膜在空氣中退火一小時(shí)，隨退火溫度升高，樣品晶面間距減小，晶粒長(zhǎng)大，結(jié)晶質(zhì)量提高；樣品吸收邊稍向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)，禁帶寬度有所增大；紫外發(fā)射峰增強(qiáng)，可見(jiàn)光發(fā)射峰相對(duì)減弱。
　　 3).在NaOH與無(wú)水乙醇摩爾比為1:7，無(wú)水乙醇與去離子水的體積比為1:4的混合溶液中，反應(yīng)溫度維

5、持在90℃，反應(yīng)時(shí)間為30min時(shí)，制備出的金字塔均勻致密，相鄰金字塔之間沒(méi)有空隙，且單個(gè)金字塔的尺寸均在2～10μm之間，絨面結(jié)構(gòu)比較理想。
　　 4).濺射氣體為純氬氣，功率120W，襯底溫度分別為室溫、200℃、300℃、400℃、500℃時(shí)：ZnO：Al薄膜在400℃時(shí)C軸擇優(yōu)取向性最好，(002)晶面衍射峰的半高寬最小，表面顆粒均勻致密，大小均在100nm左右，結(jié)晶質(zhì)量最好。隨襯底溫度升高，ZnO：Al/Si異質(zhì)結(jié)電池

6、的Voc增大，400℃時(shí)達(dá)最大，500℃時(shí)基本保持不變；Isc先增大后減小，500℃時(shí)Isc急劇減小。即，400℃時(shí)電池性能較優(yōu)。
　　 5).襯底溫度400℃，功率120W，氧氬比分別為：0:20，3:17，5:15，7:13時(shí)：ZnO：Al薄膜在純氬氣時(shí)的C軸擇優(yōu)取向性最好，(002)晶面衍射峰的半高寬最小，表面顆粒較大且均勻致密，結(jié)晶質(zhì)量最好。氧氬比不同，對(duì)ZnO：Al/Si異質(zhì)結(jié)電池的Voc影響不大；而隨氧氬比增大，Is

7、c迅速變小。即，純氬氣時(shí)電池性能較優(yōu)。
　　 6).襯底溫度400℃，濺射氣體為純氬氣，功率分別為80W，120W，150W，180W時(shí)：ZnO：Al薄膜在120W時(shí)的C軸擇優(yōu)取向性最好，表面顆粒均勻致密，結(jié)晶質(zhì)量最好。隨濺射功率增大，ZnO：Al/Si異質(zhì)結(jié)電池的Voc變化不大；Isc先增大后減小，120W時(shí)達(dá)最大。即，120W時(shí)電池性能較優(yōu)。
　　 7).襯底溫度為400℃，濺射氣體為純氬氣，功率為120W時(shí)，ZnO