论文部分内容阅读
透明导电氧化物薄膜(简称TCO),由于优良的电导性,以及在可见和近红外光波段良好的光学透过率,被广泛应用于薄膜太阳能电池、大面积平板显示器、有机光发射二极管、低辐射(low-e)玻璃、透明薄膜晶体管及柔性电子器件等领域。目前,市场上应用的TCO材料大部分是ITO薄膜,但仍然存在不少缺点。而氧化锌是人们已知的一种优良的宽禁带半导体材料,其原材料丰富、无毒、无污染、与环境兼容性好、适用于大面积制作、易掺杂,稳定性要好于ITO薄膜。所以,ZnO基透明导电薄膜成为了取代ITO薄膜的首选材料。但是,氧化锌基材料还有很多技术瓶颈有待进一步解决和突破。本论文针对当前ZnO基透明导电薄膜存在的问题开展研究,得到了如下结果:(1)通过原位合成法制备了石墨烯/氧化锌复合透明导电薄膜。实验结果表明:真空环境下退火可以得到生长情况良好的石墨烯/氧化锌复合透明导电薄膜;并且通过拉曼光谱分析,热分解过程确实能够同时得到氧化锌和石墨烯。(2)通过溶胶-凝胶法制备了一系列锡掺杂的氧化锌薄膜。实验结果表明:退火温度对其性能影响较大,XRD中(002)衍射峰强度是先增大后减小,在450℃时结构最好,退火温度对光学透过率影响不大,但是退火温度的增加使禁带宽度呈现出下降的趋势;Sn掺杂浓度的增加使得薄膜吸收边向短波方向偏移,并且光学带隙变大。在Sn掺杂浓度为2%时,ZTO薄膜可见光透过率接近90%,表面粒晶起伏较小。(3)通过直流磁控溅射工艺制备了铝掺杂氧化锌透明导电薄膜。实验结果表明:制备的薄膜样品均表现出c轴择优取向,在可见光波长区域内透过率受溅射功率影响不大,当溅射功率为120W时,薄膜生长情况最好,晶粒尺寸也达到了最大值,方阻值在达到最低值为207/□。(4)通过溶胶凝胶法制备了一系列石墨烯掺杂的氧化锡薄膜。实验结果表明:石墨烯的掺入能够使氧化锡薄膜的晶体质量得到提高,薄膜的光学带边往长波方向发生移动,即产生“红移”现象。随着石墨烯含量的增加,氧化锡薄膜的光致发光强度表现为逐步淬灭的现象。研究结果为改善ZnO薄膜的结构和光电性能提供了实验依据,为ZnO基透明导电薄膜和ZnO薄膜光电器件的的制备提供了具有参考价值的理论依据和实验方法。