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以ZnO、Al2O3、TiO2等粉体为原料,采用固相常压法制备了高致密度和高导电性的ZnO:Al(AZO)和ZnO:Al:Ti(AZTO)陶瓷靶材。研究烧结温度对AZO靶材微结构、相对密度和电性能的影响。采用射频磁控溅射在玻璃基片上制备出了高度c轴择优取向的AZO薄膜,研究溅射压强、溅射时间和氧分压对薄膜光电性能的影响。比较AZO、AZTO与ITO薄膜的光电性能,探讨AZO薄膜代替ITO薄膜的可能性。另外,我们在P型硅片上生长AZO薄膜,测试了该薄膜的折射率、表面反射率及电池的少子寿命。主要的实验结果如下: (1)以ZnO、Al2O3和TiO2粉末为原材料,采用固相常压法在不同的烧结温度下制备了AZO和AZTO陶瓷靶材。XRD测试结果表明,AZO靶材均结晶良好;FESEM测试表明,当烧结温度为1400℃时,AZO晶粒尺寸较大,晶粒间界与孔洞等微观缺陷较少,其致密度和电阻率分别为94.86％和1.01×10–2·cm。 (2)AZO靶材的正电子平均寿命tm随着烧结温度的升高而下降,当烧结温度为1400℃时,tm达到最低;当烧结温度继续升高达到1500℃时,tm升高。这表明,随着烧结温度的升高,靶材晶粒尺寸逐渐增大,缺陷逐渐减少,孔洞闭合,自由电子密度变高,正电子寿命降低;但当烧结温度继续升高达到1500℃时,晶粒异常长大,晶界容易析出杂质相,自由电子密度变低,正电子寿命变长。 (3)采用射频磁控溅射技术在玻璃上生长AZO及AZTO透明导电薄膜,研究了不同溅射压强、不同溅射时间和不同氧气含量对AZO透明导电薄膜光电性能的影响,结果表明:在压强较低(0.5pa)时制得的AZO透明导电薄膜具有良好的结晶性能,且电阻率较低,可见光区平均透过率高于90%;当溅射时间为120min时,薄膜厚度约为350nm,其电阻率为4.03899′10-3Ω·cm,霍尔迁移率和载流子浓度分别为9.96972cm2/Vs和-1.55002′1020/cm3(负号表示N型半导体),用紫外可见分光光度计测试其可见光(380~780nm)平均透过率为91.7%;研究了不同O:Ar比对薄膜光电性能的影响,当O:Ar比为零(即不通氧)时,AZO薄膜结晶质量较好,电阻率较低,可见光区透过率较高,这表明AZO透明导电薄膜并非缺氧态。 (4)AZO薄膜的PL谱在440nm处出现明显的蓝光峰,这是由于薄膜中掺入Al引起大量的Zn填隙和氧空位,氧空位形成的浅施主能级到价带顶的跃迁和Zn填隙能级到价带顶的跃迁共同作用的结果。与本征ZnO薄膜相比,AZO与AZTO薄膜的紫外发射峰均发生蓝移。 (5)比较了AZO、AZTO与ITO薄膜的光电性能,展望了AZO薄膜未来代替ITO的可能。 (6)设计了一种新型结构的太阳能电池:将AZO透明导电薄膜作为减反射层应用于晶体硅太阳能电池,以代替传统的Si3N4减反射膜。先用PECVD法在P型多晶硅片上制备了氮化硅薄膜,再用射频溅射技术在该硅片上生长AZO透明导电薄膜。测试了该膜厚的折射率、表面反射率及电池的少子寿命,提出了改善其钝化效果的方案。与商用的氮化硅薄膜相比,本文所制备的晶体硅太阳能电池减反射效果较好,成本较低。