反應磁控濺射制備氧化亞銅薄膜的結構調控及光電性能研究.pdf

1、現代社會科學技術的迅猛發展，在促進人類生活水平不斷提高的同時，也加大了人類對自然資源的需求。煤、石油等傳統不可再生資源已日益無法滿足人類生產和生活的需要，電能源作為一種可再生的清潔能源，逐漸成為21世紀的世界能源，電動汽車等行業的興起，也促使發電技術進行不斷革新，而太陽能發電是所有發電方法中最環保、原材料最為豐富的方式。
　　上世紀起始，科學家們便開始尋找新的半導體材料來取代硅基太陽能電池以提高太陽能發電效率，從70年代開始，氧化

2、亞銅作為一種直接帶隙的半導體材料逐漸受到注意，其無毒、制備成本低、自然界儲備豐富，尤其20％的理論光電轉換效率，不僅在理論上還是實際生產上都是制備太陽能光伏器件的絕佳選擇。磁控濺射法、熱氧化法、電化學沉積法、高溫燒結等方法都可以制備出化學成分穩定的氧化亞銅薄膜，其中磁控濺射法制備具有薄膜成分均勻致密，實驗參數易調控，制備工藝簡單等優勢，越來越多的研究者開始研究并優化其制備工藝和改善薄膜質量。但現階段制約氧化亞銅太陽能薄膜電池應用的最大因

3、素是其較低的異質結器件光電轉換效率，如何有效控制薄膜的成分、生長取向，提高光電性能，進而提高光伏器件的光電轉換效率是氧化亞銅太陽能電池應用的關鍵因素。
　　本論文采用射頻反應磁控濺射的方法制備得到P型氧化亞銅薄膜，并對沉積態薄膜進行了退火、摻雜等工藝處理，通過X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線光電子能譜(XPS)、拉曼光譜、光吸收率測試、霍爾效應測試等分析方法對薄膜成分、晶體結構、表面形貌、光學性能、電學性能進

4、行了分析，主要結果如下:
　　1、采用射頻反應磁控濺射系統，利用純銅靶和氧氣反應濺射制備P型氧化亞銅薄膜，通過控制濺射過程中沉積溫度、氧氣占比、靶材濺射功率得到最符合化學計量比的氧化亞銅薄膜，實驗確定了120W靶材濺射功率、7.5％的氧氣占比是最符合P型氧化亞銅薄膜制備條件的，薄膜呈(111)面擇優生長，實驗研究了溫度對薄膜生長的影響，表明增加溫度會降低薄膜的生長速率使厚度變薄，薄膜的晶粒尺寸變大，但薄膜制備所需的氧氣條件并未發生

5、明顯改變。本文得到的氧化亞銅薄膜確定是P型半導體，薄膜的光禁帶寬帶為2.15eV，接近氧化亞銅的理論光禁帶寬度。
　　2、在上述獲得的P型氧化亞銅薄膜基礎上，對薄膜進行600℃真空退火處理，來改善薄膜的結構和電學性能。實驗表明:退火處理后，氧化亞銅薄膜由(111)面擇優生長轉為(200)面，薄膜更加致密，薄膜的晶粒尺寸長大，結晶減少，載流子遷移率由5cm2/VS增加到14cm2/VS。
　　3、通過高溫擴散和共濺射兩種不同的