PZT-GaAs異質(zhì)結(jié)的制備及其光伏特性研究.pdf

1、目前，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的甲胺鉛典鹽類材料在與染敏材料復(fù)合形成薄膜太陽能電池的研究取得了重大突破。相對(duì)于甲胺鉛典類材料，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電氧化物因其具有巨大的光生電壓。同時(shí)鈣鈦礦鐵電氧化物的晶體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，較容易與現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝集成，形成高效復(fù)合薄膜太陽能電池。本論文選取了具有較強(qiáng)剩余極化強(qiáng)度的Pb(Zr0.52,Ti0.48)O3(PZT)材料作為研究對(duì)象，引入窄帶隙半導(dǎo)體砷化鎵(GaAs)形成異質(zhì)結(jié)，兩者吸收光波波長范圍可互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)寬波段

2、的光子吸收，增加器件里的光生載流子濃度以提高光生電流和光電轉(zhuǎn)換效率，本論文的主要研究內(nèi)容如下：
　　一、利用脈沖激光分子束外延，制備STO緩沖層。探究了通過對(duì)基片實(shí)施濕法處理和熱處理實(shí)現(xiàn)GaAs基片表面基本達(dá)到原子級(jí)的平整度，通過高能電子衍射儀(RHEED)實(shí)現(xiàn)薄膜生長過程的原位監(jiān)測，研究了STO緩沖層薄膜時(shí)的對(duì)薄膜的結(jié)晶質(zhì)量的影響。得到了STO薄膜制備的最佳工藝條件，即襯底溫度為600℃，腔體為5×10-5 Pa環(huán)境。
　

3、　二、采用脈沖激光沉積系統(tǒng)，在STO緩沖層上制備了(001)取向的PZT外延薄膜。并對(duì)沉積時(shí)腔體氣氛、襯底溫度等工藝條件進(jìn)行了研究。通過對(duì)不同工藝條件下生長的PZT薄膜進(jìn)行XRD、AFM、P-E等測試，得到了沉積PZT薄膜的最佳工藝條件，即襯底溫度為600℃，氧分壓為20Pa。
　　三、通過脈沖激光沉積系統(tǒng)，制備出的ITO透明導(dǎo)電電極作為樣品的頂電極。研究了不同腔體氧分壓對(duì) ITO薄膜的方塊電阻和樣品的透射率的影響。根據(jù)ITO在不

4、同氧分壓下的透射光譜表明，ITO薄膜的透射率隨著氧分壓的增加而增強(qiáng)。同時(shí)測試了ITO薄膜在不同氧分壓下生長的方阻值，結(jié)果表明隨著ITO的方阻值隨著氧分壓的增加而增大，所以綜合考慮ITO薄膜的透射率以及方阻值因素，本論文選擇的ITO生長條件氧分壓為20Pa。得到了ITO薄膜生長條件為10Pa、20Pa和30Pa時(shí)的方阻值分別為65.4、85.2和145.1Ω/cm2,同時(shí)對(duì)樣品進(jìn)行紫外-可見光譜測試可知，隨著氧分壓的增加，ITO薄膜的透射

5、率增加。
　　四、探究在PZT最佳沉積工藝條件下制備PZT薄膜的鐵電性能，以及薄膜的厚度會(huì)對(duì)鐵電性能和光伏性能產(chǎn)生怎樣的影響，以及鐵電性能對(duì)樣品的光伏性能產(chǎn)生怎樣的影響。通過制備不同厚度的PZT薄膜進(jìn)行鐵電性能測試，得出當(dāng)PZT薄膜厚度為150nm時(shí)剩余極化強(qiáng)度最大，此時(shí)的剩余極化強(qiáng)度(2Pr)為46μC/cm2。通過對(duì)不同厚度的PZT薄膜的樣品進(jìn)行光電性能測試，得到PZT薄膜在150nm且未被外加電壓極化時(shí)表現(xiàn)出最高的光生電流1