氧化錫與氧化銅透明導(dǎo)電薄膜的制備及性能研究.pdf

1、透明導(dǎo)電氧化物薄膜(TCO)，是一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，有n型和p型兩種導(dǎo)電類型。N型TCO具有可見光透過率高、紅外光反射率高、導(dǎo)電性好的特點，被廣泛應(yīng)用于低輻射玻璃、太陽電池、平板顯示等領(lǐng)域;P型TCO可以作為工作區(qū)為p型半導(dǎo)體器件的透明電極，能夠避免在電極連接處引入勢壘。若將n型和p型TCO結(jié)合起來制備透明pn結(jié)，能夠擴寬TCO的應(yīng)用領(lǐng)域，使傳統(tǒng)的無源器件轉(zhuǎn)變?yōu)橛性雌骷谕该黠@示領(lǐng)域擁有潛在的應(yīng)用價值。因此，本課題以n型SnO2∶F

2、和p型CuAlO2透明導(dǎo)電氧化物薄膜為研究對象，從高性能材料制備角度出發(fā)，詳細探討SnO2∶F薄膜的制備、摻雜、制絨，以及純相CuAlO2薄膜的制備、摻雜。一方面期望研制出較大面積光電性能優(yōu)良的n型TCO材料及相應(yīng)的制備設(shè)備，以加快低輻射玻璃和透明導(dǎo)電基板的產(chǎn)業(yè)化進程，另一方面期望研發(fā)出高性能n型和p型TCO材料，以促進透明pn結(jié)等半導(dǎo)體器件技術(shù)的研發(fā)，為不斷發(fā)展的智能化、多樣化、大容量、低能耗的光電子產(chǎn)品提供優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)材料。研究結(jié)果如

3、下:
　　為了實現(xiàn)大面積SnO2∶F薄膜的連續(xù)制備，我們自行設(shè)計并制造了小型噴霧熱解中試線，總功率80kw，由加熱區(qū)、噴霧區(qū)、冷卻區(qū)、機械傳動區(qū)、控制區(qū)五個模塊組成，集加熱、噴涂、冷卻于一體，可連續(xù)進行高溫熱解鍍膜，鍍膜面積可達500×500 mm2，自動化程度高，設(shè)備性能穩(wěn)定。
　　利用上述設(shè)備制備了表面光滑平整的SnO2∶F薄膜，發(fā)現(xiàn)薄膜的光電性能受F摻雜水平影響很大，F(xiàn)含量過小，載流子濃度較低，電阻率較高，低輻射性能較

4、差;F含量過大，載流子遷移率、電導(dǎo)率均較低，低輻射性能較差。當溶液中摩爾比F∶Sn=0.5∶1時，摻雜效果最佳，薄膜電阻率為6.36×10-4Ω·cm，平均可見光透過率為77.6％，低輻射系數(shù)為0.14，可用于低輻射玻璃。進一步，以SiO2為過渡層制備SnO2∶F/SiO2薄膜，能夠提高低輻射玻璃的光電性能，其電阻率為4.51×10-4Ω·cm，平均可見光透過率為80.7％，低輻射系數(shù)為0.1。
　　由于光滑的SnO2∶F薄膜表面

5、不利于太陽電池的陷光，因此本文進一步研究了噴霧熱解法制備具有絨面結(jié)構(gòu)的SnO2∶F薄膜技術(shù)，使其具有一定的霧度以滿足薄膜太陽電池基板的應(yīng)用要求。通過合理控制噴霧熱解溫度和薄膜厚度的方法可以實現(xiàn)SnO2∶F薄膜的表面制絨，使其呈現(xiàn)納米級山巒狀的凹凸形貌。最終制備的絨面SnO2∶F薄膜的方阻、平均可見光透過率和霧度分別為8Ω/□、80.04％和11.07％，可用于薄膜太陽電池的導(dǎo)電基板。
　　在制各性能優(yōu)良的n型SnO2∶F薄膜基礎(chǔ)上

6、，本文還采用溶膠凝膠法研究了p型CuAlO2薄膜的制備，以期為透明pn結(jié)提供性能良好的p型TCO材料。對CuAlO2凝膠薄膜進行熱處理，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，CuAlO2薄膜的形成先后經(jīng)歷了凝膠膜的熱分解、無定形薄膜、固相反應(yīng)、形核結(jié)晶四個階段。合理控制熱處理溫度與熱處理氣氛能夠有效控制固相反應(yīng)過程，從而獲得具有p型導(dǎo)電性能的CuAlO2薄膜，其電阻率為250Ω·cm，平均可見光透過率為70％。
　　進一步，研究了Mg摻雜濃度對Cu