絨面摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的制備與表征.pdf

1、ZnO薄膜材料因具有無毒、源材料豐富、相對(duì)生長(zhǎng)溫度低和在強(qiáng)H等離子體環(huán)境中性能穩(wěn)定等特點(diǎn)獲得了廣泛研究和應(yīng)用。其中ZnO：Al(AZO)薄膜由于電阻率低，在可見光區(qū)域透過率高而備受關(guān)注，被廣泛地應(yīng)用于硅基太陽電池前電極。然而，硅基太陽電池除了要求前電極具有優(yōu)異的光電性能以外，還要求薄膜表面具有凹凸起伏的絨面結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)有效的光散射從而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
　　 本文采用射頻磁控濺射法在硅和石英襯底上成功制備了不同濺射功率下的A

2、ZO薄膜，研究了濺射功率對(duì)AZO薄膜結(jié)構(gòu)及光電性能的影響，后又采用濕法刻蝕方法對(duì)AZO薄膜表面進(jìn)行織構(gòu)化處理，研究不同的刻蝕時(shí)間對(duì)薄膜表面形貌的變化及相同的刻蝕時(shí)間下不同濺射功率制備的AZO薄膜刻蝕行為的差異，得出的研究結(jié)果如下：
　　 一、XRD結(jié)果顯示，所有AZO薄膜均顯示了明顯的(002)峰C軸擇優(yōu)取向，隨著功率的增加，衍射峰的強(qiáng)度和半高寬減小，衍射峰向大角度方向移動(dòng)，這是由于半徑較小的Al3+(0.054nm)部分取代了

3、ZnO晶格中半徑較大的Zn2+(0.074nm，)，因此AZO薄膜的晶面間距d(002)減小，(002)面的衍射角向大角度方向移動(dòng)。SEM表面形貌圖顯示，隨著濺射功率的增加，薄膜表面由圓點(diǎn)狀向瓦片狀轉(zhuǎn)變，顆粒逐漸變大，AFM結(jié)果顯示，薄膜的均方根粗糙度(RMS)在3.33-9.54nm范圍內(nèi)。SEM截面圖顯示，薄膜垂直于基片生長(zhǎng)，隨著濺射功率的增加，薄膜由柱狀生長(zhǎng)方式變?yōu)槠瑺钌L(zhǎng)方式。XPS結(jié)果顯示，Zn以Zn2+形式出現(xiàn)在AZO基體中

4、，Al2p峰的結(jié)合能在74.0eV附近，處于單質(zhì)金屬Al的電子結(jié)合能(72.3eV)和Al2O3的電子結(jié)合能(74.6eV)之間，說明Al離子進(jìn)入到ZnO的晶格內(nèi)形成了摻鋁氧化鋅化合物。
　　 二、采用霍爾系統(tǒng)測(cè)試了AZO薄膜的電學(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)隨著濺射功率的增加，AZO薄膜的載流子濃度和霍爾遷移率均增加了，從而導(dǎo)致薄膜的電阻率降低，最小值為1.37×10-2Ωcm。采用紫外-可見光分光光度計(jì)測(cè)試了AZO薄膜在可見光區(qū)域的透過率，所

5、有薄膜在可見光區(qū)域的透過率均在80％以上，濺射功率為200W的樣品的平均透過率最高，達(dá)86％。此外，所有的AZO薄膜的透射曲線都有一個(gè)明顯的特征吸收邊，且隨著功率的增加，樣品的特征吸收邊向短波方向移動(dòng)，即產(chǎn)生了吸收邊藍(lán)移的現(xiàn)象。
　　 三、初沉積的AZO薄膜的表面比較平滑，首先采用體積分?jǐn)?shù)為0.5％的稀鹽酸對(duì)具有最優(yōu)的光電性能的170W和200W的樣品進(jìn)行濕法刻蝕，刻蝕時(shí)間為10-30s。SEM圖顯示刻蝕后樣品表面呈現(xiàn)坑狀形貌，