柔性薄膜太阳电池用zno%3aal薄膜地制备和的表征.pdf

A Thesis Submitted in Partial of Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering Performance Study of Al-doped ZnO Films and Its Application in Flexible Solar Cells Candidate:Wang Xiaojin Major :Design and Techniques of Semiconductor Chips Supervisor:Professor Zeng Xiangbin Huazhong University of Science &Technology Wuhan 430074, P. January, 2012 华中科技大学硕士学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名: 日期: 年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即: 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□,在____________年解密后适用本授权书。不保密□。(请在以上方框内打“√”) 学位论文作者签名: 指导教师签名: 日期: 年月日日期: 年月日本论文属于华中科技大学硕士学位论文 I 摘要 ZnO作为Ⅱ-Ⅵ族宽带隙直接带隙半导体材料,有优异的压电、光电、压敏等特性, ZnO掺杂近年来受到了广泛的关注。掺铝ZnO(ZnO: Al)作为透明导电氧化物(Transparent conductive oxide, TCO),具有和ITO相媲美的光学、电学性能,而且原料丰富、成本低,物理化学性能稳定,有望替代ITO。本文利用射频(RF)磁控溅射技术在聚酰亚胺(Polyimide)衬底上原位沉积了 ZnO:Al薄膜,研究了工艺参数Ar流量和RF功率对薄膜结晶状态、微观形貌、电学和光学等性能的影响。薄膜晶体结构对Ar流量依赖性较大,m时有最强烈的(002) 择优取向,随流量增加薄膜光学带隙小幅度变窄。而RF功率的增大,ZnO:Al膜的Hall 迁移率增加,但薄膜出现混合取向,且产生明显的Burstein–Moss移动现象,光学带隙显著增加。最终将工艺参数优化为Ar m和RF 功率125W,×10 -3Ω·cm,可见光区透过率85%,拥有致密的表面结构,晶粒尺寸达50nm。 ZnO:Al薄膜的性能与衬底材料密切相关。本文研究了衬底材料玻璃、PI和不锈钢片(Stainless steel, SS)对薄膜性能影响。由于衬底材料和薄膜的晶格失配,使得薄膜产生内应力而影响薄膜性能。不锈钢衬底膜应力最大-,挤压晶格使晶格常量c ?,相应的ZnO: Al膜有较次的晶体学和电学性能,但形成了类似倒金字塔的绒面结构。将ZnO:Al替代ITO用于薄膜太阳电池,作窗口透明电极和减反、缓冲层,用 PECVD(Plasma-enhancedchemical vapor deposition)在PI和不锈钢衬底上制备了柔性非晶硅薄膜太阳电池。PI衬底和SS衬底电池的开路电压V os和短路电流I sc分别为253 mV、 2和268mV、 2。关键词:ZnO:Al RF磁控溅射原位沉积聚酰亚胺薄膜应力透明电极柔性薄膜电池华中科技大学硕士学位论文 II ABSTRACT ZnO belongs to Ⅱ-Ⅵgroup semiconductor material with direct band gap, has excellent piezoelectric, optical, pressure sensitive and other features. In recent years, ZnO doping has achieved a lot of attention. Compared to ITO, Al doped ZnO (ZnO:Al)parable optical, electrical properties , and rich i