Mg掺杂量对Zn1-xMgxO缓冲层及其Cu(In，Ga)Se2太阳电池性能的影响

采用低成本溶胶凝胶旋涂法制备了不同Mg含量的Zn_(1-x)Mg_xO薄膜,用其代替传统化学水浴法制备的CdS作为铜铟镓硒(Cu(In,Ga)Se_2,CIGS)薄膜太阳电池的缓冲层材料.用X射线衍射仪、原子力显微镜、紫外可见吸收光谱和X射线光电子能谱仪等研究了Mg掺杂量对Zn_(1-x)Mg_xO薄膜的结构、形貌、光学性能及Zn_(1-x)Mg_xO/CIGS异质结之间能带排列的影响.结果表明:所制备的Zn_(1-x)Mg_xO薄膜均为非晶结构;随着Mg掺入量的增加,Zn_(1-x)Mg_xO薄膜的表面形貌由条纹状变为六方形纳米颗粒,表面粗糙度由23.53nm减小到1.14nm;光学带隙值由3.55eV增大到3.62eV;Zn_(1-x)Mg_xO/CIGS之间的导带偏移值由+0.68eV减小到-0.33eV,导带排列由"尖峰状"变为"悬崖状";当配制的溶液中Mg源和Zn源的摩尔比为0.1时,所制备的Zn0.82Mg0.18O/CIGS之间的导带偏移值为+0.22eV,电池效率最高,达5.83%.

高压PLD法生长ZnO和Zn1-xMgxO纳米棒及其荧光性能

利用自主设计、组装的高压脉冲激光沉积(PLD)系统,研究了温度、靶材、催化剂厚度等生长参数对ZnO和Zn1-xMgxO纳米棒生长的影响,并对ZnO纳米棒的生长机理和Zn1-xMgxO纳米棒的光致发光性能进行了探讨.实验发现,当金膜催化剂厚度为2 nm、温度为925℃时,在单晶Si衬底上生长了直径均匀的ZnO纳米棒阵列,且具有明显的(002)择优生长取向.实验发现温度与催化剂厚度是影响ZnO纳米棒的直径和生长密度的重要因素.据此提出了ZnO纳米棒阵列的高压PLD生长过程应为气–液–固和气–固相结合的生长机制.通过在ZnO靶材中掺入氧化镁,获得了Zn1-xMgxO纳米线和纳米带结构,但生长无明显的择优取向.光致发光谱测量表明,镁掺杂明显增大了ZnO的带隙,但也在其禁带中引入了缺陷能级,导致可见发光明显增强.

Zn1-xMgxO薄膜的光致发光特性研究

采用脉冲激光沉积方法在单晶Si(100)衬底上制备出c轴取向的Zn1-xMgxO单晶薄膜,通过荧光光谱仪研究了薄膜的光致发光特性.实验结果表明,Mg含量增加,Zn1-xMgxO单晶薄膜的紫外发光峰蓝移,发光峰强度减弱,缺陷发光强度增强.同时发现,由于Mg的掺杂,引入了一些束缚能较大的局域束缚态.对于氧气氛下制备的样品,实验发现紫外峰和绿光带发光峰同时增强,但是R值减小,紫外峰红移.对绿光发光机理研究发现,绿光发光带主要与锌空位、氧间隙(Oi)或锌位氧(OZn)等缺陷有关,它是由多个缺陷发光峰组成,各缺陷发光峰强度相对变化导致了绿光发光带的整体移动.

制备工艺对Zn1-xMgxO薄膜结构及光学性能的影响

采用脉冲激光沉积(PLD)方法在单晶Si(100)衬底上沿c轴方向生长单晶Zn1-xMgxO薄膜,通过X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)和荧光光谱(PL)研究了膜厚、Mg含量、退火温度及氧气氛等制备工艺对Zn1-xMgxO薄膜的结构、形貌和光学性质的影响.实验结果表明,Mg含量x≤0.15时,Zn1-xMgxO保持六角纤锌矿结构,0.25≤x≤0.35时为立方结构,经过600℃退火之后,Zn0.75Mg0.25O转化为六角纤锌矿结构;后续退火有利于晶粒长大,一定的氧气氛也有利于减少晶体缺陷和薄膜的c轴应力,但是过量的氧气容易与Mg元素结合形成MgO,不利于ZnO六角纤锌矿结构的生长.对Zn0.925Mg0.075O薄膜进行荧光光谱分析,分析结果表明缺陷发光峰主要与锌空位、锌位氧(OZn)或氧间隙(Oi)等缺陷有关,退火可以使紫外发射峰蓝移.

纤锌矿Zn1-xMgxO合金相结构稳定性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论中局域密度近似下的VASP程序包,在考虑所有掺杂构型前提下,对Zn1xMgxO合金的晶格参数、禁带宽度以及形成焓随Mg含量的变化进行了系统地计算.计算结果表明:随着Mg含量的不断增加,纤锌矿Zn1xMgxO合金的平均晶格常数变化不遵循Vergard定律;合金的禁带宽度随着Mg含量增加满足二次函数关系Eg=3.43+2.24x+0.68x2,与实验结果一致,不同掺杂原子构型禁带宽度的差异是纤锌矿Zn1xMgxO合金中发光光谱宽化的重要原因;对比分析纤锌矿、闪锌矿和熔岩矿三种相结构的Zn1xMgxO合金形成焓的计算结果发现,当Mg掺杂比例为37.5%时,Zn1xMgxO合金由纤锌矿向熔岩矿结构转变;闪锌矿Zn1xMgxO合金形成焓始终低于纤锌矿,在特殊的条件下,可以形成闪锌矿Zn1xMgxO合金相.

Zn_(1-x)Mg_xO薄膜p型导电和光学性能

采用超声喷雾热分解(U ltrason ic Spray Pyrolysis,USP)方法,以醋酸锌、醋酸镁、醋酸铵、氯化铝的混合水溶液为前驱溶液,在单晶S i(100)衬底上制备了ZnO,Zn0.81Mg0.19O,N-A l共掺杂ZnO和N-A l共掺杂Zn0.81Mg0.19O薄膜。以X射线衍射(XRD)、场发射-扫描电镜(FE-SEM)、霍尔效应(Hall-effect)、光致发光(Photolum inescence,PL)谱等手段研究了薄膜的晶体结构、表面形貌、电学性能、光学性能和带隙变化。电学测试结果表明,未掺杂ZnO及Zn0.81Mg0.19O薄膜为n型导电;而N-A l共掺杂ZnO和N-A l共掺杂Zn0.81Mg0.19O薄膜呈p型导电。Zn0.81Mg0.19O和N-A l共掺杂Zn0.81Mg0.19O(p型)薄膜在维持ZnO纤锌矿结构的前提下,光学带隙随Mg掺杂量增加而增大。初步结果显示,优化工艺参数下通过Mg掺杂制备光学带隙可调的p型Zn0.81Mg0.19O薄膜,对于试制Zn1-xMgxO基同质p-n结、短波长(紫外、深紫外)器件等方面有重要意义。

脉冲激光沉积法生长Zn_(1-x)Mg_xO薄膜

采用脉冲激光沉积法 ,生长出没有组分偏析 ,晶体质量好的 Zn1 - x Mgx O薄膜 (x=0 .2 ) .研究了衬底温度对Zn0 .8Mg0 .2 O薄膜晶体质量、晶粒度大小的影响 ,发现最佳衬底温度为 6 5 0℃左右 .对 Zn0 .8Mg0 .2 O薄膜进行了光致发光分析 ,发现相对 Zn O晶体有 0 .4 e

取向Zn(1-x)MgxO纳米线阵列的制备及光学特性

采用化学气相沉积(CVD)法,以高纯ZnO、Mg和活性C混合粉末为原料,在Si(111)衬底上制备了不同配比的取向Zn1-xMgxO纳米线阵列.用X射线衍射仪(XRD),扫描电镜(SEM),能量色散X射线分析(EDAX)及光致发光(PL)光谱分析仪对样品的晶体结构、形貌、成分组成和光致发光特性进行了分析.用霍尔效应测量系统测试了不同配比样品的载流子浓度.实验发现,当Zn1-xMgxO纳米线阵列中Mg原子相对Zn原子摩尔比x值较小时(x<0.29),XRD衍射谱中只有ZnO晶体标准衍射峰,没有MgO晶体衍射峰,说明此时制备的Zn1-xMgxO纳米线样品晶格结构以ZnO纤锌矿结构为主,Mg原子只是作为替位或填隙原子分布在ZnO晶体中.但当样品中x>0.53时,ZnO与MgO的特征衍射峰同时出现在样品的衍射谱图中,说明随原料中Mg原子摩尔比的增加,制备的Zn1-xMgxO纳米阵列样品中ZnO纤锌矿结构与MgO岩盐结构同时存在,样品呈现多晶体结构形式.实验还对比了制备的纯ZnO与不同配比的Zn1-xMgxO纳米线阵列的光致发光光谱和载流子浓度,发现随Mg含量的增加,Zn1-xMgxO阵列紫光发光峰出现了较明显的蓝移现象,同时,测试结果也表明,随Mg含量的增加,Zn1-xMgxO阵列的紫光和绿光峰发光强度都有所减弱,样品的载流子浓度也随之下降.文章对实验结果进行了分析和探讨.

利用Mg含量控制Zn_(1-x)Mg_xO薄膜压敏电阻器的阈值电压

利用溶胶-凝胶法制备了Zn1-xMgxO压敏薄膜,并通过X射线衍射、X射线能谱、紫外-可见光谱仪、I-V特性测试仪等对薄膜及其压敏特性进行了表征。XRD结果表明,掺Mg后Zn1-xMgxO薄膜仍然为六方纤锌矿ZnO晶体结构;紫外-可见吸收谱表明,随着薄膜中Mg含量的增加,薄膜的吸收边蓝移,禁带宽度增加。I-V特性曲线表明,基于Al/Zn1-xMgxO/Si结构的薄膜压敏电阻器的阈值电压随着Mg含量的增加而增加,因此可以通过调节Mg含量实现对Zn1-xMgxO薄膜压敏电阻器阈值电压的调节。上述现象表明,Zn1-xMgxO薄膜压敏电阻器的压敏阈值电压与禁带宽度有关,即与Zn1-xMgxO薄膜中电子的本征跃迁有关。

溅射功率对Zn_(1-x)Mg_xO薄膜性能的影响

用射频磁控溅射制备Zn_(1-x)Mg_xO薄膜,通过对不同溅射功率制备的薄膜结构和薄膜的室温透射谱和光致发光光谱的分析,得到溅射功率对薄膜结构和形貌的和光学性能的影响。

Zn_(1-x)Mg_xO和Zn_(1-x)Mn_xO薄膜的制备及其发光性能

采用溶胶-凝胶技术,在Si(110)衬底上制备了Mg、Mn掺杂外延生长的Zn1-xMgxO和Zn1-xMnxO薄膜,通过XRD、AFM、PL等考察不同杂质浓度对薄膜结晶质量和发光性能的影响。结果表明:Zn1-xMgxO和Zn1-xMnxO薄膜均具有较高的Tc(002)结构系数和较为光滑、平整的表面形貌。掺杂使得薄膜的紫外发光峰向短波方向移动至365nm左右,同时Zn1-xMnxO薄膜的室温可见光发射得以有效地钝化,使其近带边紫外光发射与深能级可见光发射比例高达56,极大地提高了薄膜紫外发光性能。并对掺杂薄膜紫外发光蓝移和Zn1-xMnxO薄膜室温可见光发射的猝灭机理进行了深入探讨,得出掺杂组分为Zn0.85Mg0.15O、Zn0.97Mn0.03O时,薄膜具有最强的紫外光发射性能。

Zn_(1-x)Mg_xO用于CIGS太阳电池的研究进展

Zn1-xMgxO透过率高、带隙可调,且与CIGS太阳电池在晶格和能带结构上匹配良好,可用作CIGS太阳电池缓冲层、窗口层,因此制备高质量的Zn1-xMgxO薄膜是提高太阳电池性能的关键。文章介绍了Zn1-xMgxO薄膜的结构特性、光学特性及制备方法;从Mg含量、Zn1-xMgxO膜厚及Zn1-xMgxO/CIGS界面处缺陷密度等方面概述了Zn1-xMgxO用于CIGS太阳电池的研究进展,并比较了Zn1-xMgxO与In2S3,ZnS,CdS等其他材料作缓冲层的CIGS太阳电池性能的差别。

宽带隙化合物半导体Zn_(1-x)Mg_xO薄膜的制备

利用超声雾化热分解技术,在玻璃衬底上生长出宽带隙的Zn1-xMgxO薄膜。所有样品在可见光范围内的透过率可达到85%以上。X射线衍射的测试结果表明所有样品都具有c轴择优生长特性,并且随薄膜中Mg含量的不同出现规律性变化。光致发光谱表明Mg掺入后ZnO薄膜的紫外发射峰出现了蓝移,实现了对禁带宽度的调节。

射频磁控溅射法制备Zn_(1-x)Mg_xO薄膜及其性能的研究

本文通过在ZnO靶材上放置高纯Mg片,运用射频磁控溅射法在普通玻璃衬底上制备了Zn1-xMgxO(x=0.1,0.16,0.18,0.24)薄膜。用X射线衍射仪、扫描电镜、紫外-可见-分光光度计等研究了Zn1-x MgxO薄膜的组织结构和性能。结果表明:Zn1-xMgxO薄膜呈ZnO的纤锌矿结构,在ZnO晶格中Mg2+有效地替代了Zn2+。样品表面比较平整,颗粒均匀致密,薄膜质量较高,且在可见光范围内光透过率均为90%左右,具有极好的透光性;此外,随着Mg掺入量的增多,Zn1-xMgxO薄膜的吸收边出现蓝移现象,实现了对禁带宽度的调节。

Zn_(1–x)Mg_xO能带结构及作为窗口层的CdTe薄膜太阳电池的SCAPS仿真应用

采用第一性原理广义梯度近似+U(GGA+U)方法计算了纤锌矿结构Zn_(1–x)Mg_xO(ZMO)(0≤x≤0.25)合金的能带结构。计算表明:随着Mg组分增加,ZMO化合物的导带底及费米能级均向真空能级方向移动,带隙增宽。基于理论计算得到ZMO的能带结构参数,使用SCAPS软件对ZMO作窗口层的CdTe薄膜太阳电池的性能进行了仿真模拟,并将研究结果与CdS作窗口层的CdTe太阳电池的性能进行了比较。结果表明:Mg在ZMO中的含量0≤x≤0.125时,ZMO/CdTe太阳电池具有比CdS/CdTe太阳电池更高的开路电压和短路电流密度;ZMO的导带底高出CdTe导带底约0.13 e V时,CdTe薄膜太阳电池的转换效率最高,达到18.29%。这些结果为高效率碲化镉薄膜太阳电池的结构设计和器件制备提供了理论指导。

溶胶-凝胶法制备高Mg含量Zn_(1-x)Mg_xO薄膜

采用溶胶-凝胶法在石英玻璃基板上制备了Zn_(1-x)Mg_xO薄膜,研究退火温度对高Mg含量Zn_(0.5)Mg_(0.5)O薄膜的相组成、相偏析及紫外-可见透过光谱中吸收边移动的影响,当退火温度≤500℃时,Zn_(0.5)Mg_(0.5)O薄膜未发生相偏析现象,且400℃退火处理制备的Zn_(0.5)Mg_(0.5)O薄膜的紫外-可见透过光谱中吸收边蓝移最大。因此,对于高Mg含量Zn_(0.5)Mg_(0.5)O薄膜,退火温度是影响Mg^(2+)在Zn O中固溶度的关键因素,且400℃是其理想的退火温度。在此条件下研究了不同Mg含量对Zn_(1-x)Mg_xO(x=0~0.8)薄膜带隙调节的影响,随着Mg含量的增加,其紫外-可见透过光谱中紫外光区吸收边呈现规律性蓝移,光学带隙值Eg从纯ZnO的3.3 eV调节至4.2 eV。

Al、N共掺Zn_(1-x)Mg_xO薄膜的制备与性能研究

采用直流反应磁控溅射方法,由氨气和氧气的混合气体在玻璃和单晶硅衬底上制备Al、N共掺Zn1-xMgxO薄膜。采用XRD、FE-SEM、Hall实验、UV-VIS透射谱以及EDS等方法对共掺Zn1-xMgxO薄膜的结晶性能、电学和光学性能进行研究。结果表明:薄膜有明显的C轴择优取向,玻璃衬底上制备的p-Zn0.9Mg0.1O薄膜的电阻率为8.28Ω.cm,空穴浓度和迁移率分别为1.09×1019cm-3和0.069 cm2/V.s。并且掺Mg的ZnO薄膜透射光谱表现出明显的蓝移。p-Zn0.9Mg0.1O/n-Si异质结的I-V特性曲线表现出明显的整流特性,可以确定制备的Al、N共掺Zn0.9Mg0.1O薄膜的导电类型是p型的。

镁含量和热处理对Zn_(1-x)Mg_xO薄膜结构的影响

采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备了Zn1-xMgxO(x=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6)薄膜。X射线衍射谱测试结果发现,在0.1<x<0.3范围内薄膜仍然保持纤锌矿结构,(002)衍射峰向大角度方向移动,超过0.3时出现氧化镁立方相。对于Zn0.7Mg0.3O薄膜,在5、5.5、6℃/min的升温速率下,升温速率越快结晶程度越好。在相同升温速率下,随着退火温度从500℃升高到560℃,样品的结晶程度变好,当退火温度达到590℃时结晶程度变差。

Zn_(1-x)Mg_xO薄膜及其p型掺杂的研究进展

Zn1-xMgxO薄膜作为一种新型的宽带隙半导体材料,近年来一直受到广泛的关注。获得高质量稳定的p型Zn1-xMgxO薄膜是实现其光电应用的关键。概述了Zn1-xMgxO薄膜及其p型掺杂的研究现状,介绍了Zn1-xMgxO薄膜结构、光电性质及在光电领域的应用,并提出了有待进一步研究的问题。

镁含量和热处理对Zn_(1-x)Mg_xO薄膜晶体结构的影响

采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备Zn1-xMgxO(x=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6(mol))薄膜.X射线衍射谱测试结果发现,在0.1<x<0.3范围内薄膜仍然保持氧化锌六角形纤锌矿结构,(002)衍射峰向大角度方向移动,当x超过0.3时出现氧化镁立方相.对于Zn0.7Mg0.3O薄膜,在5.0、5.5、6.0℃.min-1的升温速率下,升温速率越快结晶程度越好.在相同升温速率下,随着退火温度从500℃升高到560℃,样品的结晶程度变好,当退火温度达到590℃时结晶程度变差.