ZnO薄膜的制备与性能研究
氧化锌（ZnO）是一种资源丰富、成本低、性能稳定且无毒无害的材料，制备方法多样、应用范围广泛。ZnO薄膜高的光透过性以及掺杂后高的电导率等优异的性质使其成为柔性薄膜太阳电池电极材料很好的选择，成为新能源材料研究的热点。ZnO薄膜因具备良好的气敏性，还能用来制备气体传感器，实现对气体的检测，应用于对环境的监控。 本文利用金属氧化物化学气相沉积的方法在玻璃衬底上制备ZnO薄膜，研究了衬底温度对薄膜结构的影响。实验结果表明衬底温度为160℃和180℃时，ZnO薄膜的结晶度相对比较高，但在160℃时薄膜有明显的C轴择优取向性，薄膜表面颗粒呈圆形，而在180℃时ZnO晶体在（110）方向上生长更优，薄膜表面为倒金字塔结构。经计算比较可以发现在衬底温度为180℃时制备的ZnO薄膜的平均粒径最大。因此，在衬底温度为180℃时，用MOCVD制备的ZnO薄膜在保持较高的光透过性和电导率的基础上，有较高的结晶度和很好的绒面结构，能不经过腐蚀工艺直接得到适用于柔性薄膜太阳电池的绒面结构。在该结论的基础上制备掺硼的ZnO薄膜应用于柔性薄膜太阳电池上，光电转换效率为8.56％。 本文利用磁控溅射制备了用于气敏性研究的ZnO薄膜，重点讨论了溅射时间对薄膜结构以及性能的影响。实验设置本底真空度为3.5×10-3Pa，氩气和氧气流量分别为100sccm和25sccm，射频电源功率为80W。实验结果表明，在本论文中设定的实验条件下，当衬底为玻璃和面心立方结构的硅衬底时，制备的ZnO薄膜具有相同的晶体结构，均为六方纤锌矿结构。若溅射时间较短，制备的薄膜没有明显的择优取向性，结晶度不高，粒子的平均粒径较大；若溅射时间过长，薄膜表面粒子较大且容易出现迁移再组合的现象，薄膜内部会出现较大的应力。在溅射时间为30分钟时可以得到结晶度高（81.42％）、排列致密、表面粒子粒径小（78）、比表面积大的薄膜，将该薄膜用于酒精气体的气敏性测试时，灵敏度为2.98，响应时间为58s。
太阳电池;氧化锌薄膜;制备工艺;磁控溅射;气敏性能
华中科技大学
硕士
微电子学与固体电子学
曾祥斌
2014
中文
TM914.4;TM242:TM205.1
59
2015-07-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）