磁控溅射制备ZnO薄膜的研究

论文摘要

ZnO是一种新型的半导体材料,可以作为薄膜太阳电池的透明电极和窗口材料而使用,具有极大的研究价值。本文主要研究ZnO薄膜及掺杂体系中掺铝ZnO的制备。ZnO薄膜制备采用直流磁控溅射的方法,使用XRD、SEM、四探针测试仪、紫外可见光分光光度计等仪器来进行测试,研究了基片温度、溅射功率、溅射压强、退火温度、退火时间等各项实验参数对其晶体结构和光电性能的影响。实验最终目标是能够得到具有高度c轴择优取向性、高透光率、高电导率以及表面致密平滑的ZnO薄膜,能够将其有效应用到本实验室非晶硅薄膜太阳电池的制备上。研究结果表明,随着玻璃基片温度的升高,薄膜结晶性能得到改善,具有明显c轴择优取向性,电阻率降低,可见光区域光透过率升高。在基片温度为350。C时电阻率达到1.36×10-3Ω.cm。溅射功率增加有利于薄膜结晶质量的提高和电阻率的降低,但是当溅射功率超过80W以后,电阻率有上升的趋势。薄膜可见光透过率随着溅射功率的增加而持续降低,在90W溅射功率时,透光率低至60%以下,几乎不可用。提高溅射压强可以降低薄膜电阻率,但是当压强超过14.0Pa时,电阻率急剧增加,（101）衍射峰强度也相对增强,影响结晶质量。退火处理可以有效改善薄膜性能,随着退火温度的升高,（002）衍射峰强度有一定程度的增加,薄膜电阻率降低,退火温度在330-400℃之间较合适。退火时间需要控制在适宜的时间内,在2小时退火后,薄膜的透过率可以从75%左右增加到80.17%,可见退火处理也可以改善薄膜光学性能,退火时间以2-3小时较适宜。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• §1.1 太阳电池概述
• §1.2 透明导电薄膜概述
• 1.2.1 透明导电薄膜的研究状况
• 1.2.2 透明导电氧化物薄膜的种类
• 1.2.3 ZnO薄膜及其掺杂体系发展状况
• §1.3 本文研究内容及课题来源
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 课题来源
• 1.3.3 本文组织结构
• 1.3.4 本文的创新点
• 第二章 ZnO的结构、性能及制备工艺
• §2.1 ZnO的结构和性能
• 2.1.1 ZnO的晶体结构
• 2.1.2 ZnO的光电性能
• §2.2 ZnO薄膜的制备工艺
• 第三章 ZnO实验及测试
• §3.1 ZnO实验
• 3.1.1 ZnO实验设备
• 3.1.2 ZnO实验材料
• 3.1.3 ZnO实验流程
• §3.2 ZnO薄膜测试
• 第四章 ZnO制备条件及后处理对其性能的影响
• §4.1 基片温度对其性能的影响
• 4.1.1 基片温度对其结构及表面形貌的影响
• 4.1.2 基片温度对其光电性能的影响
• §4.2 溅射功率对其性能的影响
• 4.2.1 溅射功率对其结构及表面形貌的影响
• 4.2.2 溅射功率对其光电性能的影响
• §4.3 溅射压强对其性能的影响
• 4.3.1 溅射压强对其结构及表面形貌的影响
• 4.3.2 溅射压强对其光电性能的影响
• §4.4 退火温度对其性能的影响
• 4.4.1 退火温度对其结构及表面形貌的影响
• 4.4.2 退火温度对其光电性能的影响
• §4.5 退火时间对其性能的影响
• 4.5.1 退火时间对其结构及表面形貌的影响
• 4.5.2 退火时间对其光电性能的影响
• 第五章 结论与展望
• §5.1 结论
• §5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间参与的研究课题
• 硕士期间发表的论文