氩气流量对掺铝氧化锌薄膜光电性能的影响

采用双靶射频磁控溅射沉积掺铝氧化锌(AZO)薄膜作为铜锌锡硫(CZTS)太阳能电池的低阻窗口层。研究了在溅射功率60 W、溅射时间30 min的工艺条件下,氩气(Ar)流量对AZO薄膜的结晶性、表面形貌、光透过率、电阻率、载流子浓度等光电性能的影响。结果表明,最优Ar气流量为22 cm~3/min,该流量下AZO晶粒大,结晶性能好,AZO薄膜的载流子浓度高,电阻率小,薄膜在400~1100 nm波长下的光透过率为87.2%。     

氮气流量对磁控溅射法沉积NGZO薄膜性能的影响

目的通过磁控溅射镀膜工艺,在玻璃上制备高质量的氮镓共掺杂氧化锌(NGZO)薄膜。方法采用射频磁控溅射法,同时通入氩气和氮气,在流量比分别为25/10、25/20、25/25、25/30((m L/min)/(m L/min))条件下制备NGZO薄膜。通过XRD和SEM对薄膜的物相结构和表面形貌进行分析,通过紫外/可见分光光度计和霍尔效应测试仪对薄膜透过率和载流子浓度、迁移率及薄膜电阻率进行研究。结果与未掺入N的Ga掺杂氧化锌(GZO)薄膜相比,在可见光区,尤其是600~800 nm范围内,NGZO薄膜平均透过率在80%以上,符合透明导电薄膜透过率的要求。GZO薄膜载流子浓度较高,电阻率较低,而掺入N后薄膜的载流子浓度和迁移率有所下降,电阻率有所增加。结论在N-Ga共掺杂薄膜中,N的掺杂主要占据O空位,并吸引空位周围的电子,这减小了薄膜晶格畸变,并产生电子空穴,最终使得薄膜中电子载流子浓度降低,空穴载流子浓度增加,电阻率有所增加。随着氮气流量的变化,发现在25 m L/min时,薄膜具有最佳的综合性能。这种薄膜可用于紫外光探测器等需较大电阻率的应用中,并有望实现n-p型转化。     

高透明低发射率ITO薄膜的制备及其光电性能研究

目的研究磁控溅射工艺对ITO薄膜光电性能的影响,为制备高性能ITO薄膜提供数据和理论支撑。方法采用磁控溅射在PET基材上制备ITO薄膜,利用扫描电镜、X射线衍射仪、分光光度计、四探针、红外发射率测仪、Hall效应测试系统等,分析工艺参数对ITO薄膜光电性能的影响。结果随着氧气流量的增加,ITO薄膜在可见光区的透过率先增加,然后变缓,薄膜方块电阻先降低后升高;随着工作气压的增加,ITO薄膜的可见光透过率增加,薄膜方块电阻先下降后上升,电阻率先变小再增大,载流子浓度先增大后减小,红外发射率先减小后增大,晶体结构逐渐由晶态转变为非晶态;随着氩氧比的降低,薄膜红外发射率先降低,然后缓慢升高;随溅射时间的增加,薄膜的厚度逐渐增大,方块电阻、红外发射率和可见光透过率迅速下降,晶体结构逐渐由非晶结构转变为晶体结构。综合对比研究发现,当氧气流量为0.6 mL/min、工作气压为0.4 Pa、氩氧比为19.8∶0.2、溅射时间为80 min时,可获得综合性能优异的ITO薄膜,其可见光透过率大于80%,在8～14μm红外波段的辐射率小于0.2。结论磁控溅射工艺参数是决定薄膜综合质量的重要因素,通过严格控制工艺参数,可获得透明性高、发射率低的ITO薄膜。     

射频反应磁控溅射法制备ZnO:Al透明导电薄膜的光电性能

室温下采用射频(RF)反应磁控溅射技术在玻璃衬底上沉积具有(002)择优取向的透明导电Al掺杂ZnO(AZO)薄膜。XRD结果表明,制备的AZO薄膜为多晶,具有c轴择优取向。退火处理能提高其结晶度。在Al靶射频功率为40W,ZnO靶射频功率为250W,氩气流量为15mL/min的条件下,获得200nm厚的薄膜电阻率约3.8×10-3?·cm,在可见光范围内有很好的光透过率。     

氧化铟锡(ITO)薄膜溅射生长及光电性能调控

目的 选取影响氧化铟锡(ITO)薄膜生长关键的3种参数,即薄膜生长的氧气流量、薄膜厚度和热处理退火,系统研究其对ITO薄膜光学和电学性能的影响规律。方法 采用直流溅射法,在氩气和氧气混合气氛中溅射陶瓷靶材制备ITO薄膜样品。利用真空热处理技术对所制备的ITO薄膜进行真空退火处理。通过表面轮廓仪测试厚度、X-射线衍射仪(XRD)表征结构、X-射线光电子能谱仪(XPS)分析元素含量、分光光度计测试透过率和四探针测试薄膜方块电阻,分别评价薄膜厚度、光学性能和电学性能,并对比研究热处理对薄膜结构和光电性能的影响规律。结果 电阻率随氧气流量的增加呈现出先缓慢后急剧升高的规律,在氩气和氧气流量比为150∶8时,可得到400 nm厚、电阻率为8.0×10^?4 ?.cm的ITO薄膜。厚度增加可降低薄膜电阻率,氧气流量的增加可明显改善薄膜透光性。通过真空热处理可提高室温沉积ITO薄膜的结晶性能,较大程度地降低电阻率。在真空热处理条件下增大薄膜厚度可降低薄膜电阻率,氧气流量增加不利于ITO薄膜电阻率的降低。在氩气和氧气流量为150∶6条件下制备的ITO薄膜,经500 ℃真空热处理后电阻率可达到最低值(2.7×10^?4 ?.cm)。结论 通过调控氧气流量和厚度来优化ITO薄膜的结构和氧空位含量,低温下利用磁控溅射法可制备光电性能优异的ITO薄膜;真空热处理可提高薄膜结晶性能,通过氧气流量、厚度和热处理温度3种参数调控可获得最低电阻率的晶态ITO薄膜(2.7×10^?4 ?.cm),满足科技和工程领域的需求。     

衬底温度对CuCrO_2薄膜结构及光电性能的影响

采用射频磁控溅射方法,在石英衬底上制备CuCrO_2薄膜。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外吸收光谱以及电导率的测定,表征不同衬底温度沉积薄膜样品的结构与光电性能。结果表明:薄膜的结晶度、可见光透过率与室温电导率均随衬底温度的升高而增大。衬底温度升高至923 K后,薄膜由非晶转变为具有铜铁矿结构的单相CuCrO_2。1023 K沉积的薄膜光电性能最佳,其平均可见光透过率为50%,室温电导率为0.33 S/cm。在近室温区(150～300 K),1023 K沉积薄膜导电规律符合半导体热激活模式,激活能为0.04 eV。     

基片温度对铌掺杂ITO透明导电薄膜性能的影响

采用磁控溅射法以铌(Nb)掺杂氧化铟锡(ITO)为靶材制备了厚度为300nm的ITO:Nb薄膜,研究了不同基底温度下,薄膜的结构、导电性和可见光区的透过率。XRD分析表明所制备的ITO:Nb薄膜均为In2O3相;AFM显示ITO:Nb薄膜的均方根粗糙度随着温度的升高逐渐变大;薄膜的电阻率随着温度的升高逐渐减小,在300℃时得到最小值1.2×10-4·cm。电阻率下降主要是因为霍耳迁移率增大和载流子浓度逐渐增加。ITO:Nb薄膜在可见光内的平均透过率均大于87%,且随着温度的升高,吸收边发生"红移",禁带宽度逐渐增加。     

射频磁控溅射Al掺杂ZnO薄膜的退火性质分析

采用射频磁控溅射技术制备了高度择优取向的Al掺杂ZnO(ZAO)薄膜,并对所制备的薄膜在纯氩气氛中进行了400℃、1h和2h的退火处理,将前者再于空气中相同温度下退火1h.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光谱仪和四探针测试仪等对退火前后薄膜进行了表征和光学、电学性能研究.研究表明,退火处理对ZAO薄膜的晶体、光学和电学性能有影响.原位沉积的薄膜电阻率为2.59Ω·cm,可见光区透过率约70%.400℃纯Ar气氛中退火1h后,ZAO薄膜的平均晶粒有所长大,薄膜内应力有所减小;薄膜可见光区平均透过率从70%提高到将近80%;薄膜的电阻率变化不明显,从2.59Ω·cm降低到1.37Ω·cm.400℃纯Ar气氛中退火2h后,薄膜的可见光区透过率和电阻率分别为75%和14.7Ω·cm.400℃纯氩气氛中退火1h再经过空气中退火1h后,薄膜的可见光区透过率和电阻率分别为80%左右和0.69Ω·cm.     

磁控溅射制备NiO/Ni多层膜的结构和光电性能

利用反应磁控溅射和常规磁控溅射方法交替沉积了NiO/Ni纳米多层膜,研究了不同退火环境下多层膜的相结构、微观结构演化及光电性能。XRD和TEM结果表明,沉积态薄膜呈现明显的NiO和Ni交替多层结构;大气退火的NiO/Ni多层膜被氧化成沿(111)晶面择优生长的NiO薄膜;而真空退火的NiO/Ni薄膜仍然保持着明显的多层结构,各层膜的结晶程度提高。沉积态和真空退火态的NiO/Ni多层膜呈现低可见光透过率和低电阻率的特点,电阻率达到10-5?·cm数量级;大气退火的NiO/Ni多层膜呈现49.3%可见光平均透过率和高的电阻特性。     

低温沉积ITO薄膜划擦行为、微结构、电学和光学性能的研究（英文）

通过RF磁控溅射技术制备不同溅射气压下的ITO薄膜,对其电阻率、光学透过率、XRD图、AFM图和划擦行为进行了研究。薄膜和基板的附着力通过划擦测试进行表征,重点研究了薄膜划擦测试的不同阶段的特征。研究表明随着Ar溅射气压的下降,薄膜附着力下降。而且,ITO薄膜的表面形貌和电阻率强烈的依赖于Ar气压。低温沉积ITO薄膜均为非晶态,在溅射气压0.8 Pa时得到电阻率(1.25×10~(-3)Ω·cm)和高可见光透过率薄膜(90%)。研究结果表明该薄膜光学禁带约为3.85 eV,电阻率主要受载流子浓度控制,受溅射气压的变化影响有限。     

基底旋转速度对射频溅射法制备Al掺杂ZnO薄膜结构和性能的影响（英文）

采用射频溅射法于室温在玻璃基底上制备了铝掺杂ZnO(AZO)薄膜,研究了基底旋转速度(ωS)对薄膜形态、结构、光学和电学性质的影响。扫描电子显微镜横向图片显示,通过基底旋转能够产生致密的柱状结构。原子力显微镜图像表明,基底旋转状态下形成的样品其表面颗粒比基体静止状态下的颗粒小且致密,从而导致细小的晶粒尺寸。XRD结果表明,所有薄膜均为六方纤锌矿结构,c轴择优取向且分布有拉应力。紫外可见光区平均透光率在90%以上。当ωS=0 r/min时,电阻率处于最低值(8.5×10~(-3)?·cm),载流子浓度为1.8×10~(20)cm~(-3),霍尔迁移率为4.19 cm~2/(V·s)。对于其他样品,基底旋转会引起载流子浓度和霍尔迁移率的变化,从而导致电阻率增加。结果表明:基底旋转速度对AZO薄膜的形貌、结构、光学和电学性能存在较大影响。     

Scratch Behavior, Microstructure, Resistivity and Optical Properties of Indium Tin Oxide Film Grown at Low Deposition Temperature

通过RF磁控溅射技术制备不同溅射气压下的ITO薄膜,对其电阻率、光学透过率、XRD图、AFM图和划擦行为进行了研究。薄膜和基板的附着力通过划擦测试进行表征,重点研究了薄膜划擦测试的不同阶段的特征。研究表明随着Ar溅射气压的下降,薄膜附着力下降。而且,ITO薄膜的表面形貌和电阻率强烈的依赖于Ar气压。低温沉积ITO薄膜均为非晶态,在溅射气压0.8 Pa时得到电阻率(1.25×10-3 Ω×cm)和高可见光透过率薄膜(90%)。研究结果表明该薄膜光学禁带约为3.85 eV,电阻率主要受载流子浓度控制,受溅射气压的变化影响有限。     

磁控溅射制备In2O3-SnO2薄膜与分析

选择In2LO3与SnO2质量比11的靶材为溅射源,采用磁控溅射法沉积了ITO薄膜,讨论了溅射氩气压强、氧流量、基体温度对薄膜透射率和方阻的影响,深入分析了其机理.研究结果表明溅射时采用低Ar压强更有利于降低ITO薄膜的电阻率,并确定最佳氩气压强为0.2 Pa,厚度为120 nm的ITO薄膜在可见光区的透过率可达到90%;氧流量能明显改变薄膜的性能,随着氧流量从0增加10 L/min(标准状态下,下同),载流子浓度(N)则由3.2×1020降低到1.2×1019/cm3,N值的变化与ITO薄膜光学禁带宽度(Eg)的变化密切相关.振子模型与实验结果吻合,并确定了ITO薄膜的等离子波长(λp=1 510 nm).薄膜随方阻减小表现出明显的"B-M"效应.通过线性外推,建立了直接跃迁的(αE)2模型,并确定了薄膜的Eg值(3.5～3.86 eV).     

纯Ar气氛中退火对Al掺杂ZnO薄膜性能的影响

用射频磁控溅射技术制备了高度择优取向的Al掺杂ZnO(ZAO)薄膜,并对薄膜在纯氩气中进行了400～600℃的退火处理.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、光谱仪和四探针测试仪等对退火前后薄膜进行了表征和光学、电学性能研究.研究表明,纯氩气中退火处理对ZAO薄膜的晶体、光学和电学性能有影响.原位沉积的薄膜电阻率2.59Ωcm,可见光区透过率约70%.500℃纯Ar气氛中退火1h后,ZAO薄膜的平均晶粒有所长大,薄膜内应力达到最小,接近于松弛状态;薄膜可见光区平均透过率从70%提高到80%左右;而薄膜的电阻率变化不明显,从2.59Ωcm降低到1.13Ωcm.     

低温磁控溅射制备AZO薄膜及绒面研究

采用直流射频耦合磁控溅射技术,以氧化锌掺铝(AZO,2%Al_2O_3,质量分数)陶瓷靶为靶材,在玻璃基片上低温沉积AZO薄膜,并采用质量分数为0.5%的HCl溶液刻蚀制备绒面AZO薄膜,通过XRD、SEM、分光光度计、霍尔效应测试系统、光电雾度仪等设备重点研究工作压强对直流射频耦合磁控溅射制备AZO薄膜的晶相结构、表面形貌、光电性能以及后期制绒的影响。研究表明,直流射频耦合磁控溅射可以在低温下制备性能优异的AZO薄膜,且随着工作压强的减小,致密性增强,光电性能改善,后期刻蚀得到具有良好陷光作用的绒面结构。在工作压强0.5 Pa下,低温制备的AZO薄膜电阻率达到3.55×10~(-4)Ω·cm,薄膜可见光透过达到88.36%,刻蚀后电阻率为4.19×10~(-4)Ω·cm,可见光透过率89.59%,雾度达24.7%。     

不同沉积温度下AZO透明导电薄膜的性能研究

以纯度为99.99%氧化锌铝(w(Zn O)=98.00wt%,w(Al_2O_3)=2.00wt%)陶瓷靶为原料,利用直流磁控溅射法在普通白玻璃衬底上制备铝掺杂氧化锌(AZO)薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、四点探针测试仪和紫外可见光分光光度计等对薄膜的形貌、结构及光电性能进行分析。结果表明:薄膜具有c轴择优取向。随沉积温度升高,薄膜的结晶度先提高后下降,晶粒尺寸逐渐减小。当沉积温度为200℃时,可获得晶粒尺寸为18.30 nm、电阻率为4.1×10~(-3)Ω·cm、透过率为93.80%的AZO透明导电薄膜。     

能量过滤磁控溅射低温沉积ITO 膜及其光电性能研究

利用能量过滤磁控溅射技术,于低温条件下,在玻璃衬底上制备ITO薄膜,研究了过滤电极金属网栅目数、溅射功率、衬底温度对ITO薄膜光电性能的影响。结果表明:在网栅目数为60目、衬底温度为81℃、溅射功率为165W的条件下,所得ITO薄膜的电阻率为4.9×10-4Ω.cm,可见光区平均透过率达到87%。     

磁控溅射法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜及其性能表征

利用磁控溅射法将Cu/Sn/Zn S前驱体沉积在钙钠玻璃基片上,再通过硫化该前驱体制备Cu2ZnSnS4薄膜。利用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、能谱仪、霍尔效应测量系统和紫外可见分光光度计研究了Cu2ZnSnS4薄膜的微观结构、表面形貌、化学成分、电学和光学性能。结果表明,CZTS薄膜的微观结构依赖于硫化温度和时间。在480℃硫化3 h的薄膜为沿(112)晶面择优取向生长的纯相CZTS薄膜,该薄膜的禁带宽度是1.51 e V,其电阻率和载流子浓度分别为0.39Ω·cm和4.07×1017cm-3。     

共溅射法制备AZO薄膜及其光电性能的研究

目的研究Al靶直流溅射功率对Al掺杂ZnO(AZO)薄膜光电性能的影响。方法以金属Al和ZnO陶瓷作为靶材,采用直流与射频双靶磁控共溅射的方法,在玻璃基片上制备AZO薄膜。通过改变Al靶直流溅射功率,获得不同的薄膜。采用X射线衍射仪(XRD)、光电子能谱仪(XPS)、原子力显微镜(AFM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、四探针测试仪,对薄膜的微观形貌结构及光电性能进行表征和分析。结果所制备的AZO薄膜均具有C轴取向生长的六角纤锌矿结构,在可见光区域平均透过率超过90%,AZO薄膜的吸收边相比于ZnO薄膜出现了蓝移。当Al靶溅射功率为18 W时,AZO薄膜的最低电阻率为2.49×10~(-3)?·cm,品质因子为370.2 S/cm。结论 Al直流溅射功率对AZO薄膜光电性能的影响较大,溅射功率为18 W时,制备的AZO薄膜性能最优。     

高迁移率的钛掺杂氧化铟薄膜在晶硅/非晶硅异质结电池上的应用研究

采用钛掺杂氧化铟旋转靶制备透明导电薄膜应用在晶硅/非晶硅异质结电池上。在不同氧含量下,研究钛掺杂氧化铟薄膜(T100薄膜)的光电性能,同时对比分析ITO薄膜。在电镜下T100薄膜呈现出柱状结构,并且展示出优异的光学性能。T100薄膜最大载流子迁移率可以达到75.6 cm~2·(V·s)^-1。相比于ITO薄膜,T100薄膜具有优异的电学传导和透光率,因此在异质结电池量产线上电池转换效率可以实现0.26%的提升。