H/Al共掺杂对ZnO基透明导电薄膜光电性质和晶体结构的影响

利用H在ZnO中作为浅施主杂质的特性,研究了H掺杂对ZnO∶Al透明导电薄膜特性的影响。通过降低ZnO∶Al中Al的含量并同时引入H掺杂,解决了透明导电薄膜中高导电性与高透过率之间的矛盾。H的掺杂可以显著降低ZnO基透明导电薄膜的电阻率,这是由于H一方面作为施主可以提供电子从而提高了自由载流子浓度;另一方面与ZnO晶界中的O-结合降低了晶界势垒,提高了载流子迁移率。利用H掺杂,可以在Al掺杂量降低10倍的情况下,仍然能获得低电阻率(6.3×10-4Ω·cm)的透明导电薄膜,同时其近红外波段(1 200 nm)透光率从64%提高到90%。这种具有高导电性和高透光性的透明导电薄膜可以应用于各类薄膜太阳能电池中以提升器件效率。

膜厚对Zr,Al共掺杂ZnO透明导电薄膜结构和光电性能的影响

采用直流磁控溅射法在玻璃衬底上制备出Zr,Al共掺杂ZnO(AZZO)透明导电薄膜。用XRD和SEM分析和观察了薄膜样品的组织结构和表面形貌。研究表明:制备的AZZO透明导电薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有c轴择优取向。另外还研究了薄膜的结构、光学和电学性质随薄膜厚度的变化关系。当薄膜厚度为843nm时,电阻率具有最小值1.18×10-3Ω.cm,在可见光区(500～800nm)平均透过率超过93%。

溅射功率对Zr,Al共掺杂ZnO薄膜结构和性能的影响

室温下,采用直流磁控溅射法,在载玻片衬底上制备出了Zr,Al共掺杂ZnO(AZZO)透明导电薄膜。研究了溅射功率对薄膜的组织结构、表面形貌和光电学性能的影响。结果表明,制备的AZZO透明导电薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有c轴择优取向。当溅射功率为150W时,薄膜电阻率达到最小值1.66×10–3Ω·cm,在可见光区平均透过率超过93%。

Mg-Al共掺杂ZnO薄膜的制备及其光学特性

采用溶胶-凝胶(sol-gel)旋涂法在载玻片上制备了不同Al掺杂量的Mg-Al共掺杂ZnO薄膜.在室温下利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光(PL)谱仪等手段分析了Mg-Al共掺杂ZnO薄膜的微结构、形貌和发光特性.XRD结果表明Mg-Al共掺杂ZnO薄膜具有六角纤锌矿结构;随着Al掺杂量的增加,共掺杂薄膜呈c轴取向生长.由SEM照片可知薄膜表面形貌随Al掺杂量的增加由颗粒状结构向纳米棒状结构转变.透射光谱表明共掺杂薄膜在可见光区内的透射率大于50%,紫外吸收边发生蓝移.在室温下的PL谱表明Mg-Al共掺杂ZnO薄膜的紫外发射峰向短波长方向移动;Al掺杂摩尔分数为1%和3%的Mg-Al共掺杂ZnO薄膜的可见发射峰分别为596 nm的黄光和565 nm的绿光,黄光主要与氧间隙有关,而绿光主要与氧空位有关.

F,Al共掺杂ZnO透明导电薄膜的制备及掺杂机理研究

本文采用磁控溅射技术,对F和Al共掺杂ZnO(FAZO)薄膜进行研究,系统地研究了溅射气压对薄膜结构、形貌、光电等特性的影响.实验研究结果表明:F,Al共掺入并未改变ZnO的生长方式,所制备的薄膜都呈(002)择优生长;随着溅射气压增加,FAZO薄膜的沉积速率降低,结晶质量恶化,表面形貌由“弹坑状”逐渐变为“弹坑状”与“颗粒状”并存的形貌特性,表面粗糙度增加.在0.5 Pa时制备的FAZO薄膜性能最优,迁移率40.03 cm2/(V·s),载流子浓度3.92×1020 cm–3,电阻率最低,为3.98×10–4 ΩW·cm,380-1200 nm平均透过率约90%.理论模拟结果表明:F和Al的共掺杂兼顾了F,Al单独掺杂的优点,克服了以往金属元素掺杂仅依靠金属元素轨道提供导电电子的不足,实现了既增加载流子浓度又减少了掺入原子各轨道间相互作用对载流子散射的影响.掺入的F 2p电子轨道对O 2p及Zn 4s电子轨道产生排斥,使它们分别下移,提供导电电子;同时掺入的Al的3s和3p电子轨道也为导电电子提供了贡献.F和Al共掺之后载流子浓度提升更加显著,导电性能增强.

退火气氛对Al-F共掺杂ZnO透明导电薄膜性能的影响

通过溶胶．凝胶法，采用Al、F共掺杂的方法在4种不同的气氛下制备ZnO薄膜，研究了薄膜的晶体结构、表面形貌、电阻率和透光性随退火气氛的变化关系．制备的Al：F：ZnO薄膜是具有六角纤锌矿结构的多晶薄膜．4种退火气氛相比，在空气气氛下退火时，平均晶粒尺寸最大，为43．4nm，导电性能最好，电阻率可低达6．5×10^-2Ω·cm。4种退火气氛下，薄膜在可见光范围内的平均透过率均达到了75％以上，其中，空气气氛下退火时薄膜的透光性最好。

太阳电池用共掺杂ZnO透明导电薄膜的结构及性能

采用直流磁控溅射法在室温条件下制备出Al，压共掺杂ZnO透明导电薄膜。用XRD和SEM分析和观察了薄膜的组织结构和表面形貌，着重分析了靶基距对薄膜结构和光电性能的影响。研究结果表明，制备的灿，乙共掺杂ZnO透明导电薄膜为具有C轴择优取向、六角纤锌矿结构的多晶薄膜。靶基距对Al，Zr共掺杂ZnO透明导电薄膜的结构和电阻率影响显著。薄膜的厚度随靶基距的增加而变薄，在靶基距为60mm时，制备的薄膜厚度为790nm，电阻率具有最小值1．05×10^-3Ω·cm，在可见光区（500—800nm）平均透过率超过92％，在硅基薄膜太阳电池中具有良好的应用前景。

In,Al共掺杂ZnO纳米串光电探测器的组装与研究

用化学气相沉积法合成了高密度的In,A1共掺杂ZnO纳米串,用合成出的纳米串组装成了光电探测器.纳米串为六角纤锌矿结构,平均长度大约为5μm.研究了光电导的机制以及光电探测器的光电特性,包括在暗环境及紫外照射下的伏安特性、光电响应率和光电响应时间.结果表明,器件存在内部增益机制,光响应时间小于0.5 s,衰减时间约为23 s,可用于光电探测.

带隙可调的Al,Mg掺杂ZnO薄膜的制备

利用射频磁控溅射(RF-MS)方法,固定Al2O3掺杂量2wt%,Mg掺杂量分别为1wt%,3wt%和5wt%,在玻璃基底上制备了Al掺杂和Al,Mg共掺杂的ZnO薄膜,在500℃空气中退火2h后,测量并比较了它们的光学和电学性质.结果表明,Al,Mg共掺杂的ZnO薄膜结晶质量良好,具有ZnO纤锌矿结构,具有较强的(002)面衍射峰,表明薄膜晶体沿c轴优先生长;与Al掺杂ZnO薄膜相比蓝端光透射率增加,1wt%和3wt%Mg掺杂薄膜在可见光区域的平均透射率大于85%;随着Mg掺杂量的增加,薄膜禁带宽度增大并在3.44—3.51eV范围内可调;Mg掺杂量为1wt%,3wt%和5wt%时,电阻率分别为1.2×10-3,3.7×10-3和8.5×10-3Ω.cm;实验中观察到的Al,Mg共掺杂的ZnO薄膜的Stokes位移分别为20,14和50meV;另外发现当Mg掺杂量达到5wt%时,Al,Mg共掺杂的ZnO薄膜晶体逐步产生畸变,透光率下降,电阻增大.

NH3气氛处理制备p型ZnO薄膜及性能表征

采用NH3气氛处理直流/射频共溅射方法制得的ZnO:Al薄膜,从而获得Al+N共掺p型ZnO薄膜.XRD,场发射扫描电子显微镜测试及Hall效应测试发现,处理温度对ZnO薄膜的结构和电学性能具有较大的影响,其中处理温度为700℃时,薄膜具有较好的c轴择优取向,并且薄膜表面平整,结构紧密,晶粒大小均匀,无明显空洞和裂缝,具有良好的表面质量,晶粒尺寸约为40—60nm,薄膜的导电类型由n型转变为p型.