氢气引入对宽光谱Mg和Ga共掺杂ZnO透明导电薄膜的特性影响

发布时间：2018-01-13 05:14

  本文关键词：氢气引入对宽光谱Mg和Ga共掺杂ZnO透明导电薄膜的特性影响　出处：《物理学报》2014年03期 　论文类型：期刊论文

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【摘要】：为适应宽光谱高效率硅基薄膜太阳电池的应用需求,本文尝试采用直流磁控溅射技术在553 K衬底温度下生长氢化Mg和Ga共掺杂ZnO(HMGZO)透明导电氧化物(TCO)薄膜.通过对薄膜微观结构、表面形貌、电学以及光学性能的测试和分析,详细地研究了氢气(H2)流量(0—16.0 sccm)对HMGZO薄膜结晶特性及光电性能的影响.实验结果表明:生长获得的HMGZO薄膜均为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,择优取向为(002)晶面生长方向.薄膜的生长速率随着氢气流量的增加呈现逐渐减小趋势,主要归因于溅射产额的减小.适当的氢气引入会引起晶粒尺寸的增加.随着氢气流量由0增加至4.0 sccm,ZnO薄膜电阻率从177?·cm急剧减小至7.2×10-3?·cm,主要是由于H施主的引入显著地增加了载流子浓度;然而进一步增加氢气流量(4.0—16.0 sccm)造成电阻率的轻微增加,主要归因于载流子浓度的减小以及过多氢杂质引入造成杂质散射的增加.所有生长获得的HMGZO薄膜平均光学透过率在波长λ～320—1100 nm范围内可达87%以上.由于Mg的作用及Burstein-Moss效应的影响造成了带隙展宽,带隙变化范围～3.49—3.70 eV,其中最大光学带隙Eg可达～3.70 eV.
[Abstract]:In order to meet the needs of wide spectrum and high efficiency silicon thin film solar cells. In this paper, a direct current magnetron sputtering technique was used to grow transparent conductive oxide (TCO) with mg and Ga co-doped ZnOHMGZO at 553K substrate temperature. Thin films. Microstructures of thin films. Testing and analysis of surface morphology, electrical and optical properties. The flow rate of H _ 2H _ 2 was studied in detail. The experimental results show that the HMGZO films are polycrystalline with hexagonal wurtzite structure. The growth rate of the film decreases with the increase of hydrogen flow rate. The increase of grain size is due to the decrease of sputtering yield. With the increase of hydrogen flow rate from 0 to 4.0 SCC 路cm ~ (-1), the resistivity of ZnO films increases from 177? 路cm decreased sharply to 7.2 脳 10-3? 路cm, mainly due to the introduction of H donor significantly increased the carrier concentration; However, a further increase in hydrogen flow rate (4.0-16.0 sccm) results in a slight increase in resistivity. It is mainly attributed to the decrease of carrier concentration and the increase of impurity scattering due to the introduction of excessive hydrogen impurity. The average optical transmittance of all grown HMGZO films is at wavelength 位 320-1100. The band gap is widened due to the effect of mg and Burstein-Moss effect. The band gap range is 3.49-3.70 EV, and the maximum optical band gap E g can reach 3.70 EV.
【作者单位】： 南开大学光电子薄膜器件与技术研究所;南开大学光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室;南开大学光电信息技术科学教育部重点实验室;
【基金】：国家重点基础研究发展计划(批准号:2011CBA00705,2011CBA00706,2011CBA00707) 天津市应用基础及前沿技术研究计划(批准号:13JCZDJC26900) 天津市重大科技支撑计划项目(批准号:11TXSYGX22100) 国家高技术研究发展计划(批准号:2013AA050302) 中央高校基本科研业务费专项资金(批准号:65010341)资助的课题~~
【分类号】：TM914.42
【正文快照】： 1引言透明导电氧化物(TCO)由于在光电器件应用方面的巨大潜力受到了广泛的关注,例如应用在发光二极管,平板显示和太阳电池等器件中[1-5].锡掺杂的氧化铟(ITO)由于其杰出的光电性能被作为TCO广泛应用.然而考虑到铟的稀缺,众研究者开始探索ITO的替代材料.其中,ZnO由于资源丰富,

【参考文献】

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