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透明导电薄膜同时具有较高的可见光透过率和较低的电阻率,被广泛的应用于太阳能电池、平板显示器、气敏元件以及半导体/绝缘体/半导体(SIS)异质结等方面。其中ITO透明导电膜因其优异的光电性质应用范围最广。而AZO透明导电膜的研究虽然晚于ITO薄膜,但是其材料廉价,无毒,并且在H氛围中有更好的稳定性,在近阶段也取得了广泛的关注与应用。
本文的主要研究内容包括:1.反应热蒸发法中衬底温度、氧流量和薄膜厚度等沉积参数对ITO薄膜透过率、方块电阻、电阻率等的影响,揭示其微结构和薄膜的载流子浓度、迁移率等的内在联系。2.射频磁控溅射法中背景真空、沉积气压、溅射功率、衬底温度、氧流量和薄膜厚度等对ITO薄膜,AZO薄膜透过率、方块电阻、电阻率等的影响。研究其微结构和薄膜的载流子浓度、迁移率等的内在联系。3.射频磁控溅射法中存在粒子轰击的问题,影响其在太阳能电池上的应用。通过与反应热蒸发法制备的薄膜比较,探寻合适的参数,制备高性能而界面损失小的薄膜的技术。4.ITO薄膜和AZO薄膜是太阳能电池透明电极中最经常使用的两种材料,通过用射频磁控溅射法对这两种材料的性能进行比较。
经优化,用反应热蒸发在较高沉积速率(>1nm/s)下得到性能指数为2.06×10-2的ITO薄膜,可应用于太阳能电池。在衬底温度和氧流量系列中发现(222)优先取向向(400)优先取向的转化,并发现(400)优先取向与高的载流子迁移率相对应。经在太阳能电池上分别沉积(222)优先取向和(400)优先取向的ITO薄膜,发现制备(400)优先取向的薄膜的电池的转化效率较高。通过对射频磁控溅射各参数的优化,分别得到性能指数为7.07×10-2的优质ITO薄膜,以及性能指数为5.39×10-2的优质AZO薄膜,均可应用于太阳能电池上。