《直流溅射法制备znosi异质结的光电转换特性研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《直流溅射法制备znosi异质结的光电转换特性研究（109页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中国科学技术大学 博士学位论文 直流溅射法制备ZnO/Si异质结的光电转换特性研究 姓名：张伟英 申请学位级别：博士 专业：凝聚态物理 指导教师：傅竹西 20080501 摘要 摘要 Z n 0 是一种直接带隙的宽禁带半导体，在常温下的禁带宽度为3 3 7 e V ，E l j 子其在可见光区域有很离的透过率，因此可以成为替代I T 0 和S n 0 2 等传统透明 导电氧化物薄膜( T C O ) 的新一代材料；因此Z n O 薄膜在太阳能电池中的广泛 应用是作为透明窗口。此外，z n O 在非故意掺杂下能易形成电子浓度较高的n 型材料，并且很容易通过掺杂使电子浓度达到1 0 2 0 c 擞
2、3 以上。结合以上两个特点， 作者主要抓住Z n O 薄膜在异质结光电转换过程中所起的作用进行一些研究探索。 本论文的主要工作是研究Z n o S i 异质结的光电转换特性，其主要内容如下： 第一章综述了Z n O 薄膜材料的基本性质，并着重介绍了太阳能电池的发展 概况及Z 的薄膜在这个领域的应雳研究状况，指出了本论文的中心思想。 第三章详细讲述了用直流反应溅射方法制备Z n O 薄膜的实验过程并对薄膜 的基本性质进行了相关的表征。在n 型S i ( 1 0 0 ) 衬底上制镪出了高度沿e 轴取 向表面粗糙度较小的强紫外发射Z n O 薄膜；并通过薄膜的拉曼散射谱分析得出 薄膜中沿轴方恕存在张
3、应力。 第三章研究了各种生长条件对Z n O S i 异质结光电转换特性的影响，包括生 长温度、生长气氛和生长时间。结果表明随着生长温度酶提嵩，光生电流和光生 电压都是迅速增大，这主要是和Z n 0 薄膜的结晶质量密切相关。随着生长气氛 中氧含量的变化，Z n 0 S i 异质结的光生电压基本维持不变；随氧含量的增加， 光生电流先是增加，当氧含量达到定值( 2 2 2 ) 时，而后又迅速的下降。这 个过程主要因为生长过程中的氧含量影响了孙0 薄膜的本短缺陷浓度。此外对 于生长时间的影响，光生电压也是基本维持不变，随着生长时间的增加，光生电 流同样是先增鸯蟊磊后减小。当薄膜的厚度较小时，影响异质
4、结电输运性质的主要 因素是薄膜的结晶质量；当薄膜的厚度大到一定程度后，少子的扩散长度成为影 响光电流的主要因素。 第四章通过测量z n 0 薄膜的光电流响应谱和异质结的光电压的响应谱，分 析了Z n O 薄膜的禁带宽度和Z n 0 薄膜光电流光谱响应的关系；Z n O ：A 影S i 异质 结的光电压响应谱的测量发现在可见光照射条件下异质结两侧所产生的光电压 摘要 方向相反，这可能是这种簿荤异覆绪电池光毫转换效率比较低的原因。提出了解 决问题的方法，可以通过后期退火以及加过渡层的方法来改善。 第五蠢研究了各种退火条件对飘0 S i 异覆结光毫转换特性麓影响，包括退 火温度、退火气氛和退火时间。
5、通过改变退火温度，我们发现4 0 0 退火能够很 好的改善舜质结的光电转换特性，光生电流比没有退火前的增加了2 倍多；但圊 时也发现当退火温度大于5 0 0 时，异质结的光生电压和光生电流都大幅度的下 降，直至减小至0 。对于退火气氛对异质结光生伏特效应的影响，实验结果表甓 N 2 气退火后异质结的光电转换得到大幅度的提高，a i r 气退火次之，0 2 气退火提 高的最小。退火时闻实验表明其改交对异质结的光电转换特性影响不大。 关键调：光电转换Z 赞剑S i 异质结光生毫压光生电流光谱响应退火 A b s 订a c t A b s t r a c t Z n Oi saw i d eb a
6、n ds e m i c o n d u c t o rm a t e r i a lw i t hab a n dg 印o f3 37 e Va tr o o m t e m p e r a t u r e ，i ti sc o n s i d e r e dt ob ean e wt r a n s p a u r e n tc o n d u c t i V eo x i d ei n s t e a do fI T O a n dS n 0 2b e c a u s eo fi t S1 1 i 曲t r a n s m i t t a l l c ei nV i s i b l e1
7、 i 曲tr e g i o n O t h e 刑i s e ，n a t i V e Z n Of i h n sd e m o n s t r a t ent ) ，p ec o n d u c t i o nr e s u l t i n g 行o mi t si n t n s i cd e f e c t s ( s u c ha S V 。a 1 1 dO i ) ，t h ee l e c t r o nc o n c e n t r a t i o no fn 够p eZ n Oc a ne a s i l ya r r i v eo v e r10 2 0 尼m 3 b y
8、d o p i n g C o n s i d e r i n gt h e s er e s e a r c hb a c k g r o u n d ，t h em a i nw o r ko ft 1 1 i st h e s i si st o s t l l d yp h o t o V o l t a j ce f f e c to fZ n O S i h e t e r o jL u l c t i o n 1 1 1t h i sc a s e ，t h ec o n t e n t so f t h e d i s s e n a t i o na 1 el i s t e
9、 da sf b l l o w s ： I nc h 印t e ro n e ，ac o m p r e h e n s i v er e V i e ww a Sg i V e no nZ n O 证t h ec 巧s t a l s t 九J c t u r e ，b a L s i cp h y s i c a la 1 1 dc h e m i c a lp r o p e r t i e s ，o p t i c a la r l de l e c t r i c a lp r o p e r t i e s ； s e c o n d l yi n t r o d u c et
10、l l em e t h o do fp r e p a r a t i o nZ n Of i h n sb r i e n y ，s u c ha Ss p u t t e r i n g ， p u I s e1 a s e rd e p o s i t i o n ，c h e m i c a lV a p o rd e p o s i t i o ne ta 1 F i n a l l y ，i n 仃o d u c t i o no ft h e a p p l i c a t i o no fZ n O f i l m si ns o l a rc e I l sw a sg i
11、 V e n ，i n d i c a t i n gt h ec o r eo ft h et h e s i s I nc h a p t e rt w D ，Z n Of i l mh a Sb e e np r e p a r e db yD Cr e a c t i V es p 似e r i n go nn t ) r p e S i ( 10 0 ) s u b s t r a t e X r a yd i 矗胁c t i o na J l dm o 印h o l o g ys m d i e sr e V e a I e dm a tt h ef i l m s d e m o
12、 n s t r a t e das 仃a i ns t r e s si nca I X i s w 1 1 i c hi sc o n S i s t e n tw i t ht 1 1 er e s u l to b t L i n e d 疔o m R 锄a ns c a t t e r i n g As t r o n gu l t r a V i 0 1 e te m i s s i o nw i t hn od i s t i n c tV i s i b l ee m i s s i o n sw a S o b s e n ，e di nr o o mt e m p e r
13、a t u r ep h o t o l u m m e s c e n c e ( P L ) s p e c t r u m I nc h a p t e rt 1 1 r e e ，i 1 1 f l u e n c eo fg r o 叭hc o n d i t i o n so n 也ep h o t o V 0 1 t a i cp r o p e r 够o f Z n O S ih e t e r o j u n c t i o nh a db e e ni 1 1 V e s t i g a t e d ，i n c l u d i n gs u b s t r a t et
14、e m p e r a t u r e ，c o n t e n t o fo x y g e n ，伊o 、v t ht i m e T h er e s u l t sd e m o n s t r a t e dt h a tt h ep h o t oc u n e n ta I l dp h o t o V o l t a g ea r ei n c r e a S er a p i d I yw i t h 也eg r 0 、矾ht e m p e r a t u r e ，w h i c hw a sc o l l l l e c t e d c l o s e l yw i t
15、 ht h ec D r s t a lq u a l i t ) ，o fZ n Of i l m s ；t l l ee f f e c to fA r 0 2r a t i oo nt h e p h o t o V o l t a i cp r o p e n yw a L sa l s od i s c u s s e dr e l a t e dt o t h ec o n c e n t r a t i o no fi n t r i n s i c d e f e c t si nZ n O6 l m s n ep h o t oV o l t a g em a i n t a
16、 i n e d3 5 0 m Vw i t ht h ec h a n g eo fo x y g 锄 p a n i a lp r e s s u r e ，a n dp h o t oc u r r e n ti 1 1 i t i a l l yi n c r e a S e dw i mi t ，a n dt h e nd e c r e a s e d I n A b s t r a c t s h a r p l y W h e nt h eA r 0 2r a t i ow a S7 2 ，t h es h o r tc i r c u i tc u r r e n tr e a c h e di t sm a x i m u m a s7 0 0 p A O p e nc i r c u i tV 0 1 t a g ea J l ds h o r tc i r c u i tc u r r e n tw i t ht h eZ n O 矗l m st h i c k n
