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基本信息
- 項目名稱：
- 具有同質(zhì)緩沖層的AZO透明導(dǎo)電薄膜光電特性研究
- 小類：
- 數(shù)理
- 簡介：
- 利用射頻磁控濺射技術(shù)室溫下在玻璃襯底上制備了具有同質(zhì)緩沖層的鋁摻雜氧化鋅(AZO)薄膜。通過x射線衍射、分光光度計、四探針探測儀、SEM等技術(shù)，研究了不同條件下制備的具有同質(zhì)緩沖層的AZO薄膜的結(jié)構(gòu)特性與光電性質(zhì)，在可見光范圍內(nèi)的平均透過率均為80％以上．分析了有緩沖層和無緩沖層AZO薄膜的電阻率、載流子濃度、遷移率和透射譜、帶隙等參數(shù)的變化情況，并給出了機(jī)理解釋。
- 詳細(xì)介紹：
- 透明導(dǎo)電氧化物薄膜（TCO）因其導(dǎo)電性好、在可見光區(qū)透過率較高、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，使其在薄膜太陽能電池、光發(fā)射二極管、大屏幕顯示器等薄膜光伏器件領(lǐng)域作為電極得到了廣泛的應(yīng)用。在所有的透明導(dǎo)電薄膜當(dāng)中，銦錫氧化物（ITO）和氟錫氧化物（FTO）因為其技術(shù)復(fù)合的重要特點(diǎn)被廣泛使用。然而，由于ITO和FTO的可靠性是有限的，加之銦又是貴金屬，F(xiàn)TO有毒，它對人類和環(huán)境是有害的，且價格昂貴，因此研究其它半導(dǎo)體材料是十分重要的。目前，摻鋁氧化鋅薄膜(AZO)具有高電導(dǎo)、高透過率、寬帶隙等特點(diǎn)，其光電性能可與ITO、FTO薄膜相媲美，而且其原材料儲量豐富，價格便宜，無毒性，對環(huán)境無污染，其熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)于ITO薄膜；此外AZO薄膜的光電特性可以通過控制鋁摻雜含量的不同進(jìn)行調(diào)節(jié)，它作為ITO和FTO薄膜的替代物，成為透明導(dǎo)電薄膜的研究熱點(diǎn)。近幾年來，人們研究了多種制備高質(zhì)量AZO薄膜的方法，其中包括化學(xué)汽相淀積（CVD）法、溶膠凝膠法、濺射法、脈沖激光淀積法（PLD）等，磁控濺射法在工業(yè)化大面積生產(chǎn)制造鋁摻雜氧化鋅薄膜方面是非常有效的技術(shù)。本文中利用磁控濺射技術(shù)制備AZO薄膜，為了減少薄膜界面缺陷對其結(jié)構(gòu)和光電性能的影響，筆者嘗試在AZO薄膜與玻璃襯底之間引入AZO同質(zhì)緩沖層。用射頻磁控濺射法在同質(zhì)緩沖層上制備AZO薄膜以及AZO同質(zhì)緩沖層對該薄膜結(jié)構(gòu)與光電性能影響的報道尚不多見。本文著重研究了有同質(zhì)緩沖層的AZO薄膜的結(jié)構(gòu)和光電性能，分析了不同條件下制備的薄膜的形貌結(jié)構(gòu)、透過率、帶隙等參數(shù)的變化，初步探討了緩沖層的作用機(jī)理。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- AZO透明導(dǎo)電薄膜的研制在國內(nèi)外尚處于研究與開發(fā)階段，制備工藝還有待完善，光電性能還需提高。緩沖層的引入是一種可行的方法，能減少薄膜中的缺陷，可以很好地避免由于熱膨脹系數(shù)不同而引起的晶格畸變。本人在調(diào)研了國內(nèi)外AZO薄膜研究成果的基礎(chǔ)上，采用磁控濺射法，制備了不同條件下AZO薄膜，分別研究了不同濺射功率、濺射時間制備的AZO薄膜的結(jié)構(gòu)與光學(xué)、電學(xué)性能，并進(jìn)行了理論分析和解釋。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 對同質(zhì)緩沖層機(jī)理、作用的研究及其理論解釋已有報道，但對于AZO薄膜的研究應(yīng)用還處于初級階段。本實(shí)驗采用同質(zhì)緩沖層外延AZO透明導(dǎo)電薄膜，在AZO薄膜和襯底之間引入同質(zhì)結(jié)緩沖層以改善成膜質(zhì)量，國內(nèi)外在這方面的研究尚不多見；作品研究了具有同質(zhì)緩沖層的AZO透明導(dǎo)電薄膜的結(jié)構(gòu)和光電特性，并給出了相關(guān)解釋，具有科學(xué)性。該種薄膜電導(dǎo)率高、透過率高、帶隙寬、制造成本低、無毒、環(huán)保等是其獨(dú)特之處。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實(shí)意義
- 1. 同質(zhì)緩沖層的引用，改善了AZO薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和光電性能，為其生產(chǎn)工藝的改進(jìn)提供了實(shí)驗支持和理論支持，大大增加了AZO透明導(dǎo)電薄膜的使用特性。 2. 該薄膜在太陽能電池、液晶顯示器、防靜電、光電器件等領(lǐng)域中作為透明電極有廣闊的應(yīng)用前景。因為AZO薄膜原材料豐富、價格低、無毒無害，更容易制備和推廣，很有現(xiàn)實(shí)意義。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 實(shí)驗采用JPGF-450型射頻磁控濺射儀室溫下在玻璃襯底上制備了具有同質(zhì)緩沖層的(AZO)薄膜。本實(shí)驗所用a.b.d樣品的緩沖層濺射時間分別為0min、1min、7min，在該同質(zhì)緩沖層上濺射生長了AZO薄膜，濺射時間均為30 min。通過x射線衍射、分光光度計、掃描電子顯微鏡（SEM）等技術(shù)，研究了不同條件下制備的具有同質(zhì)緩沖層的AZO薄膜的結(jié)構(gòu)特性與光電性質(zhì)。所有樣品都在2θ=34.43o 左右出現(xiàn)一個最強(qiáng)的衍射峰，這個特征峰對應(yīng)于ZnO晶體(002)面的衍射峰位，且隨著濺射時間的增加(002)衍射峰的強(qiáng)度增強(qiáng)，因為(002)晶面具有最低的表面自由能，這表明具有同質(zhì)緩沖層的AZO薄膜具有(002)擇優(yōu)取向。所有制備的AZO薄膜在可見光范圍內(nèi)的平均透過率均在80％以上,這說明同質(zhì)緩沖層對于薄膜透過率的影響并不顯著，透射譜吸收邊向長波方向稍有移動；結(jié)構(gòu)分析表明適當(dāng)厚度的緩沖層使薄膜的晶粒生長更加完好，結(jié)構(gòu)更加完善，這會使薄膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷減少，從而減少載流子的散射幾率；隨著緩沖層厚度增加，薄膜內(nèi)應(yīng)力有所改變，薄膜電阻率變小，自由電子濃度有所下降，薄膜形成的帶尾態(tài)可導(dǎo)致禁帶寬度變窄。
獲獎情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 1、選題有很強(qiáng)的使用意義，能很好的結(jié)合實(shí)際，具有合理見解，格式方面有欠缺。 2、創(chuàng)新特點(diǎn)還需進(jìn)一步闡述，尤其與該領(lǐng)域相關(guān)研究的比較。 3、圖表缺英文對照，參考文獻(xiàn)不規(guī)范。
參考文獻(xiàn)
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同類課題研究水平概述
- 當(dāng)前，透明導(dǎo)電膜的研究范圍很廣泛，很熱門，材料品種很多，但主要集中在ITO以及In２O３和其他氧化物混合的領(lǐng)域。目前ITO薄膜電阻率可低到７×１０－５Ω?cm，且對可見光的透射率在９０％以上，這些優(yōu)良的光電性能，使ITO薄膜成為透明導(dǎo)電薄膜材料的主流產(chǎn)品。近來關(guān)于AZO薄膜的研究在國內(nèi)外開始熱起來，這主要是由于ITO薄膜中含有貴金屬銦，成本較高。AZO薄膜相對于ITO而言，具有價格便宜、在氫氣氣氛下具有更好的穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，有望成為ITO的替代產(chǎn)品。尤其是AZO在太陽能電池上作透明電極的應(yīng)用取得了很大的進(jìn)展。南韓的Woon－JoJeong用AZO靶制備薄膜的透過率大于95%。美國國家可再生能源實(shí)驗室的Ingrid Repins等人制備了以AZO作電極、轉(zhuǎn)化效率達(dá)19.9%的CIGS太陽能電池。國內(nèi)在AZO方面的研究相對比較落后，取得技術(shù)上的突破還有待時日。將同質(zhì)結(jié)緩沖層應(yīng)用到AZO薄膜制備的研究相對較少。僅有武漢理工大學(xué)硅酸鹽材料工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗室的王鵬等人對AZO中同質(zhì)結(jié)厚度的影響作了XRD、方塊電阻等測試。因此，研究同質(zhì)緩沖層AZO薄膜的結(jié)構(gòu)和光電特性具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
