AZO太阳能薄膜的制备与研究

【摘要】：本文以两种方式在透明玻璃衬底上磁控溅射制备AZO薄膜,分别是Zn、Al金属靶直流溅射和氧化锌铝(97:3 wt%)陶瓷靶射频溅射,通过对薄膜进行退火处理以改善薄膜结构。分别采用X-ray Diffraction(XRD)、四探针、紫外分光光度计和扫描电子显微镜(SEM)测试薄膜的表面微观结构、结晶质量、电学性能和光学性能。主要的研究参数是氧氩比、Al含量、Ar气压强、退火时间和温度,研究分析参数变化对薄膜结构及性能的影响。实验结果表明:金属双靶直流溅射制备AZO薄膜,O_2/Ar=0.35时,薄膜的综合性能较好,透光度达到92%,电阻率是5.6×10~(-3)?.cm。其中氧气含量对薄膜的光电性能影响很大,在试验中随着氧氩比的增大(0.25-0.8范围内),薄膜的透光度由85%上升到92%,电阻率从5.6×10~(-3)?.cm增加到1.4×10-2?.cm。Al掺杂实验表明,Al掺杂量对AZO薄膜的光学性能影响不大,所有样品的透射率均在85%以上,但Al掺杂量对薄膜的结晶质量和导电性能有显著的影响。当Al掺杂量Wt(Al)=1.2%时,AZO薄膜晶粒尺寸最大,结晶性能较好。当Al掺杂量Wt(Al)=1.4%时,电阻率最低,达到4.2×10~(-3)?.cm。退火处理对薄膜的导电性能有改善作用。合适的退火处理能使薄膜产生再结晶而导致晶粒细化,薄膜结晶情况得到改善,从而使薄膜光电性能均得到提高。在实验温度范围内,退火温度越高,薄膜的光电性能越好,退火时间长短也对薄膜性能有较大影响。本实验中,金属靶溅射制备的AZO薄膜在退火温度为450℃、时间1-2h时,光电性能较佳,透射率和电阻率分别为:92%和33.6 10.cm-′?。陶瓷靶射频溅射制备AZO薄膜,溅射过程通氧有利于氧粒子充分与锌结合,提高AZO薄膜的光学性能。本实验条件下,陶瓷靶通氧溅射制备的薄膜,其透射率均比较高,达到93%;在不通氧的情况下,透射率也达到90%,薄膜电阻率最低,达到33.2 10.cm-W′,综合性能最佳。氩气压强是影响AZO薄膜电学性能的重要因素,在不通氧的情况下,随着氩气压强的升高,从0.1Pa加压到1.5Pa,(002)衍射峰强度越来越小,电阻率逐渐增大,而对透光度无明显的影响。退火处理对陶瓷靶制备的AZO薄膜也有较大的影响,和退火处理对金属靶溅射制备AZO薄膜的作用相似,本实验中,当退火温度在420℃、时间1h,光电性能较佳。 【关键词】：AZO薄膜 氧氩比 Al含量 氩气压强 退火处理
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪言11-24
• 1.1 太阳能电池概述11-15
• 1.1.1 太阳能电池的发展12-14
• 1.1.2 太阳能电池的制备材料14-15
• 1.2 硅基薄膜太阳能电池15-17
• 1.2.1 硅基薄膜太阳能电池制备技术的发展15-17
• 1.2.2 硅基薄膜电池窗口层的选择17
• 1.3 TCO薄膜的介绍17-19
• 1.4 AZO导电薄膜19-21
• 1.4.1 ZnO薄膜结构属性19
• 1.4.2 AZO薄膜的导电机理和光学性质19-21
• 1.5 研究思路与主要研究内容21-22
• 1.6 本论文的行文结构22-24
• 第二章 制备设备的介绍及性能的表征24-29
• 2.1 实验设备介绍和制备工艺24-26
• 2.1.1 实验所用的磁控溅射镀膜仪24-25
• 2.1.2 制备工艺25-26
• 2.1.3 磁控溅射原理26
• 2.2 薄膜性能的表征26-29
• 2.2.1 X射线衍射仪（XRD）26-27
• 2.2.2 紫外分光光度计（UV-2450）27
• 2.2.3 扫描电子显微镜（SEM）27-28
• 2.2.4 四探针电阻仪28-29
• 第三章 共溅Zn和Al靶制备AZO薄膜的性能研究29-55
• 3.1 氧氩比对薄膜性能的影响29-35
• 3.1.1 氧氩比对结晶性能的影响30-33
• 3.1.2 氧氩比对导电率的影响33-34
• 3.1.3 氧氩比对光学性能的影响34-35
• 3.2 铝含量对薄膜性能的影响35-43
• 3.2.1 不同铝掺杂量对薄膜结晶性能的影响38-41
• 3.2.2 不同铝掺杂量对薄膜电学性能的影响41-42
• 3.2.3 不同铝掺杂量对薄膜光学性能的影响42-43
• 3.3 退火处理对AZO薄膜的影响43-48
• 3.3.1 退火温度对薄膜性能的影响44-47
• 3.3.2 退火时间对薄膜性能的影响47-48
• 3.4 无氧气氛下ZnO薄膜的制备与探讨48-53
• 3.4.1 氩气流量对薄膜结晶性能的影响49-52
• 3.4.2 退火处理对薄膜结晶性能以及光学性能的影响52-53
• 3.5 小结53-55
• 第四章 射频溅射陶瓷靶制备AZO薄膜的性能研究55-70
• 4.1 氧氩比对薄膜性能的影响55-60
• 4.1.1 氧氩比对薄膜结晶性能的影响55-58
• 4.1.2 氧氩比对薄膜光电性能的影响58-60
• 4.2 氩气压对薄膜性能影响60-63
• 4.2.1 氩气压对薄膜结晶性能的影响61-62
• 4.2.2 氩气压对AZO薄膜光电性能的影响62-63
• 4.3 退火处理对AZO薄膜的影响63-69
• 4.3.1 退火温度对薄膜性能的影响64-67
• 4.3.2 退火时间对薄膜性能的影响67-69
• 4.4 小结69-70
• 第五章 结论与展望70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 攻读硕士研究生学位期间发表或收录论文77

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