基于氧空位的透明导电薄膜光电性能调控

发布时间：2020-05-10 08:12

【摘要】：透明导电氧化物薄膜(TCOs主要包括氧化铟In_2O_3、氧化锡SnO_2和氧化锌ZnO基三大基本体系)是一种兼具透光性与导电性光电材料。由于其光学和电学的特点被广泛应用在触摸屏、光催化、压敏器件、气敏器件和太阳能电池等领域。因此,实现透光率和电阻率的良好匹配是生产者所追求的目标。室温下采用射频磁控溅射粉末靶,在玻璃基底上制备氧化锌、掺铝氧化锌(AZO)薄膜和三氧化二铟(In_2O_3)薄膜,并通过控制制备态氧分压、退火氧分压、退火温度、电解池析氢pH、电沉积电压以及构建特殊三维ZnO光电极结构等方法调控薄膜的光电性能。采用扫描电镜、X射线衍射仪、紫外可见分光光度计、霍尔效应仪、拉曼光谱等手段对薄膜微观结构和光电性能进行表征分析。主要研究结果如下:(1)真空退火后的AZO薄膜仍具有c轴择优取向的六方纤锌矿结构,薄膜表面致密光滑;随退火氧分压的降低,薄膜表面颗粒尺寸逐渐减小,透光率逐渐下降,而电阻率逐渐降低;随着退火温度上升,薄膜表面形貌没有明显变化,透光率略有下降,电阻率逐渐下降,在450℃退火时载流子浓度提高到1.86×10~(20)/cm~3,而电阻率降低到1.42×10~(-2)Ω·cm。(2)AZO薄膜作为电解池阴极材料,仅在电解水析氢作用下,AZO薄膜的光学和电学性能随着电解电压、电解时间和电解温度的改变而改变;随着电解Zn(NO_3)_2溶液pH降低,AZO薄膜透光率和电阻率都发生明显改变,电解液pH=5时,AZO薄膜的光电性能最为优异,透光率有原始AZO薄膜的91.3%降低至90.1%,电阻率由原始的7.1×10~(-1)Ω·cm降到3.7×10~(-3)Ω·cm;电解溶液为氯化锌时,沉积电压增大,薄膜表面吸附的锌增加,透光率逐渐下降,而电阻率由3.3×10~(-2)Ω·cm降低到2.9×10~(-3)Ω·cm。(3)磁控溅射中纯氩气制备的In_2O_3薄膜表面比较粗糙,其电阻率和透光率均小于氧氩比为1:10的In_2O_3薄膜;纯氩气制备的样品退火后,薄膜结晶度提高,透光率由84.31%升高到87.34%,电阻率由7.15×10~(-4)Ω.cm升高到9.75×10~(-3)Ω.cm;在氧分压相同条件下,退火态样品与制备态样品结晶度相似,但透光率升高,电阻率降低,综合光电性能更为优良;SnCl_4溶液配合沉积电压为2V时In_2O_3薄膜光学性能变化不明显,电阻率明显下降。沉积Sn后氧化退火使In_2O_3薄膜电阻率增大,透光率提高。(4)构建了二维纳米薄膜加一维纳米棒的特殊三维ZnO光电极结构,薄膜层溅射功率增加,导致光学带隙减小;纳米棒中的Al若形成有效掺杂也能减小禁带宽度;薄膜层掺铝生长ZnO纳米棒并进行共退火能够更为有效的减小ZnO带隙宽度,实现集流层与光活化吸收层的良好匹配。
【图文】：

立方相,晶体结构,电学性能

因此需要通过引入适当的金属等)来改善他们的电学性能，使其兼具了关的光伏行业和光电行业，其中 ITO(In2O异的光学和电学性能是研究最多、应用频溅射技术在各种射频功率下将 ITO 薄到 250 W 时，光学带隙从 3.57 eV 增加到晶粒尺寸最大，，电阻率值最小为 4.3×10-3在金红石 TiO2单晶上外延生长了 FTOo 等人[3]使用热阴极等离子体溅射盘形 A透明且导电的铝掺杂氧化锌(AZO)膜。在目为 PS=1.5×10-3Torr 的特定条件下，在膜电阻率。

金红石型,晶体结构,薄膜

金红石型SnO2晶体结构图
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.2

【参考文献】