应用于太阳能电池的新型氧化物透明导电薄膜的研究

摘要

作为一种直接带隙宽禁带化合物半导体材料,ZnO禁带宽度达到3.37eV,在可见光波段的透过率很高,可高达90％以上,且具有原材料丰富、价格低、无毒、易于实施掺杂,在氢、氮等气体的等离子体气氛中稳定性要优于ITO薄膜等优点。因此,ZnO基透明导电薄膜特别是其掺杂体系被认为是迄今为止最具发展前景的ITO薄膜替代品。对掺杂ZnO薄膜进行研究具有很大的现实意义和实用价值,因而引起了人们日益广泛的关注并成为研究热点。
　　 本论文主要以ZnO作为基质材料。首先采用电子束蒸发方法在石英玻璃衬底上制备质量优良的ZnO:Al/ZnO双层薄膜。通过X射线衍射、霍尔测试及透过光谱等表征手段对薄膜进行结构、电学及光学性能的测试表征,并研究了氧化锌缓冲层沉积时间(即缓冲层厚度)跟Al掺杂浓度对薄膜的影响。结果表明氧化锌缓冲层的引入提高了薄膜的结晶质量。随着缓冲层沉积时间的增加,(002)衍射峰强度逐渐增强。薄膜电学性能最佳的实验参数为缓冲层沉积厚度为50nm,Al掺杂浓度为1wt%。缓冲层沉积时间对薄膜光学透过率影响不大,而过高的Al掺杂浓度会引起薄膜光学透过率的降低。
　　 接下来,探究性的研究了Eu掺杂ZnO薄膜的光电性能。采用电子束蒸发法在石英玻璃衬底上沉积ZnO:Eu/ZnO双层薄膜。XRD测试结果同样证明引入缓冲层能够提高薄膜的结晶程度。并对Eu掺杂浓度对薄膜电学性能的影响进行分析研究。薄膜在可见光波段透过率平均达到85%以上。Eu3+与Li+摩尔比为3:1的情形下,通过Li+的敏化剂作用,实现ZnO与Eu3+之间的能量转移,引起Eu3+红光发射。