Zn1-xMgxO薄膜和ZnO-Al-Si異質(zhì)結(jié)的制備及光伏特性的研究.pdf

1、ZnO是一種Ⅱ-Ⅳ族直接帶隙寬禁帶半導體，摻入Mg形成三元合金Zn1-xMgxO，其禁帶寬度會隨著Mg含量的變化從3.37eV連續(xù)調(diào)制到4.0eV。從而可以調(diào)節(jié)ZnO的發(fā)光特性，提高紫外光的發(fā)光效率，在半導體激光器、光學帶隙工程和薄膜太陽能電池中具有較大的應用潛力。Al摻雜ZnO薄膜是一種新型透明導電薄膜，具有優(yōu)良的光電特性，來源豐富，無毒，價格低廉，同時具有很高的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，是理想的ITO替代材料。廣泛應用于氣敏傳感器、平板

2、顯示器以及太陽能電池中。在太陽能電池中的主要應用是作為窗口透明電極，而在硅襯底上直接沉積ZnO：Al薄膜制備ZnO：Al/Si異質(zhì)結(jié)太陽能電池的研究較少，其具有優(yōu)良的光伏效應，且制作工藝簡單，制備溫度較低，具有一定的潛在應用價值。
　　 本文采用射頻磁控濺射法制備了不同Mg含量的Zn1-xMgxO薄膜，并對Zn0.88Mg0.12O薄膜進行了退火，研究了薄膜樣品的結(jié)構(gòu)、形貌和光學性能。此外，在制絨硅襯底上射頻濺射ZnO：Al薄膜

3、，制備了ZnO：Al/Si異質(zhì)結(jié)太陽能電池，考察了襯底溫度、氧氬比、濺射功率對ZnO：Al薄膜結(jié)構(gòu)、形貌的影響以及對ZnO：Al/Si異質(zhì)結(jié)電池性能的影響，實驗過程和結(jié)論如下：
　　 1).ZnO靶材上放置高純Mg片，運用射頻磁控濺射法在普通玻璃上制備了Zn1-xMgxO(x=0.1，0.16，0.18，0.24)薄膜。所有樣品均呈ZnO的六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，Mg2+有效地替代了Zn2+；樣品表面顆粒均勻致密，可見光范圍內(nèi)光透過率達

4、90％左右；隨著Mg含量增多，Zn1-xMgxO薄膜的吸收邊和紫外發(fā)光峰均出現(xiàn)藍移，實現(xiàn)了對禁帶寬度的調(diào)節(jié)。
　　 2).Zn0.88Mg0.12O薄膜在空氣中退火一小時，隨退火溫度升高，樣品晶面間距減小，晶粒長大，結(jié)晶質(zhì)量提高；樣品吸收邊稍向短波長方向移動，禁帶寬度有所增大；紫外發(fā)射峰增強，可見光發(fā)射峰相對減弱。
　　 3).在NaOH與無水乙醇摩爾比為1:7，無水乙醇與去離子水的體積比為1:4的混合溶液中，反應溫度維

5、持在90℃，反應時間為30min時，制備出的金字塔均勻致密，相鄰金字塔之間沒有空隙，且單個金字塔的尺寸均在2～10μm之間，絨面結(jié)構(gòu)比較理想。
　　 4).濺射氣體為純氬氣，功率120W，襯底溫度分別為室溫、200℃、300℃、400℃、500℃時：ZnO：Al薄膜在400℃時C軸擇優(yōu)取向性最好，(002)晶面衍射峰的半高寬最小，表面顆粒均勻致密，大小均在100nm左右，結(jié)晶質(zhì)量最好。隨襯底溫度升高，ZnO：Al/Si異質(zhì)結(jié)電池

6、的Voc增大，400℃時達最大，500℃時基本保持不變；Isc先增大后減小，500℃時Isc急劇減小。即，400℃時電池性能較優(yōu)。
　　 5).襯底溫度400℃，功率120W，氧氬比分別為：0:20，3:17，5:15，7:13時：ZnO：Al薄膜在純氬氣時的C軸擇優(yōu)取向性最好，(002)晶面衍射峰的半高寬最小，表面顆粒較大且均勻致密，結(jié)晶質(zhì)量最好。氧氬比不同，對ZnO：Al/Si異質(zhì)結(jié)電池的Voc影響不大；而隨氧氬比增大，Is

7、c迅速變小。即，純氬氣時電池性能較優(yōu)。
　　 6).襯底溫度400℃，濺射氣體為純氬氣，功率分別為80W，120W，150W，180W時：ZnO：Al薄膜在120W時的C軸擇優(yōu)取向性最好，表面顆粒均勻致密，結(jié)晶質(zhì)量最好。隨濺射功率增大，ZnO：Al/Si異質(zhì)結(jié)電池的Voc變化不大；Isc先增大后減小，120W時達最大。即，120W時電池性能較優(yōu)。
　　 7).襯底溫度為400℃，濺射氣體為純氬氣，功率為120W時，ZnO