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刘杰铭,陈新亮,田淙升,梁俊辉,张德坤,赵颖,张晓丹.衬底温度对磁控溅射生长HMGZO薄膜特性的影响[J].光电子激光,2014,(11):2114~2122

衬底温度对磁控溅射生长HMGZO薄膜特性的影响

Substrate temperature-dependant properties of HMGZO thin films deposited by DC magnetron sputtering

投稿时间：2014-07-16

DOI：

中文关键词: ZnO薄膜 Mg和Ga共掺 H₂引入衬底温度光学带隙展宽太阳电池

英文关键词:ZnO film Mg and Ga co-doping H_{2introduction} substrate temperature band gap broadening solar cells

基金项目:国家重点基础研究发展计划(2011CBA00705,2011CBA00706,2011CBA00707)、科技部“863”高技术发展计划(2013AA050302)、中央高校基本科研业务费专项资金 (65010341)、天津市应用基础及前沿技术研究计划13JCZDJC26900)和天津市重大科技支撑计划(11TXSYGX22100)资助项目 (南开大学光电子薄膜器件与技术研究所,光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津 300071)

作者	单位
刘杰铭	南开大学光电子薄膜器件与技术研究所,光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津 300071
陈新亮	南开大学光电子薄膜器件与技术研究所,光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津 300071
田淙升	南开大学光电子薄膜器件与技术研究所,光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津 300071
梁俊辉	南开大学光电子薄膜器件与技术研究所,光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津 300071
张德坤	南开大学光电子薄膜器件与技术研究所,光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津 300071
赵颖	南开大学光电子薄膜器件与技术研究所,光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津 300071
张晓丹	南开大学光电子薄膜器件与技术研究所,光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津 300071

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中文摘要:

为适应高效Si基薄膜太阳电池对宽光谱透明导电薄膜的需求,采用磁控溅射技术生长了不同衬底温度氢化作用下Ga和Mg共掺杂ZnO(HMGZO)透明导电氧化物(TCO)薄膜。研究了不同衬底温度(200～280 ℃)对HMGZO薄膜结晶特性及光电特性的影响。实验结果表明,制备的HMGZO薄膜均为具有六角纤锌矿结构的多晶薄膜,呈现(002)晶面择优生长。随着衬底温度的升高,薄膜中Mg含量逐渐增加,并且薄膜表面新型锥状结构趋于致密和均匀化。在各元素含量和结晶质量的共同影响下,其电阻率随着温度的升高从6．70×10－4 Ω·cm增加至7．63×10－4 Ω·cm。所有薄膜在可见光区域(380～800 nm)的透过率均在80%以上,由于载流子共振吸收的作用,近红外区域的透过率有所下降。MgO扩展带隙的作用和 Burstein-Moss(BM)效应的影响共同促进了薄膜光学带隙E_g展宽,使得E_g达到了3.75 eV。当衬底温度为280 ℃ 时,薄膜方块电阻为4.91 Ω/sq,电阻率为7.63×10－4 Ω·cm,光电性能指数ΦTC值达0.022 Ω－1。

英文摘要:

To meet the demands of high efficient silicon thin film solar cells,h ydrogenated Mg and Ga co-doped ZnO (HMGZO) films have been deposited by pulsed DC magnetron sp uttering at different substrate temperatures.The structural,morphological,optical,and electrical p roperties of HMGZO films are investigated in detail.Experimental results show that all the HMGZO films present a polycrystalline hexagonal wurtzite phase with a c-axis preferred orientation. With increasing the substrate temperature,the novel cone-like surface morphology of HMGZO film s becomes denser,and the content of Mg atoms in HMGZO films increases.The optic al transmittances of all the HMGZO thin films are higher than 80% in the visible wavelength range from 380nm to 800nm.The incorporation of Mg atoms and Burstein-Moss (BM) band-filling determined by carrier concentrations together contribute to the band-gap (E_g) broadening p h enomenon,and the E_g of the HMGZO films reaches 3.75eV.The HMGZO film deposited at 280℃ exhibits a low sheet resi stance of 4.91Ω,low resistivity of 7.63×10－4 Ω·cm and high ΦTC value of 0.022Ω－1.

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