掺铝氧化锌薄膜的光电特性及其在太阳能电池中的应用研究
本论文以氧化锌的光电特性为基础，运用室温溶胶凝胶技术和热处理工艺，制备出不同厚度、不同铝离子掺杂比例的氧化锌薄膜。并通过扫描电子显微镜（SEM）对薄膜的结构、形貌进行了表征；通过紫外-可见光分光光度计对薄膜的透光性能进行了研究，另外再使用电化学工作站研究了薄膜的电学性质。结果表明，在热处理温度为500℃时，铝离子掺杂比例为3%的氧化锌薄膜的光电性能最好。关键词 氧化锌薄膜 光电特性 溶胶-凝胶法 铝离子掺杂 透光率9221
毕业设计说明书（论文）外文摘要
Title The photoelectric characteristic of Aluminum doped zinc oxide thin film and its application in solar cells
Abstract
Thin film solar cell is the future of the solar battery mainstream product, which has a huge market demand. It can be widely applied to large-scale solar power plant and military applications. The transparent conductive film that made by ZnO has piezoelectric, gas, optoelectronics, transparent conductive materials performance, and has good transmission. ZAO (aluminum doped zinc oxide)is the new transparent conductive material in recent years, the resistivity can be reduced to 10-4Ω•cm[1], and the stability of the films has also improved. It has a wide range of applications in the thin film solar cell.
Base on optical and electrical properties of zinc oxide, the aluminum doped zinc oxide films of various thickness and doping ratio have been prepared by using the room temperature sol-gel technology and heat treatment process. The film structure and morphology were characterized by scanning electron microscopy (SEM). The transmittance of the films was studied by UV-visible spectrophotometer, and the electrical property of the films was measured by the electrochemical workstation. The results show that, zinc oxide thin film has the best photoelectric performance when the heat treatment temperature is 500 ℃ and aluminum ion doping ratio is 3%.
Key words：ZnO thin film optical and electrical properties Sol-Gel A13+doping Transmittance
目 次
第一章 引言1
1.1太阳能电池的发展1
1.2透明导电薄膜2
第二章 氧化锌4
2.1氧化锌结构4
2.2 氧化锌特性4
2.3 氧化锌薄膜的掺杂6
第三章 铝离子掺杂氧化锌薄膜8
3.1铝离子掺杂氧化锌薄膜的制备方法8
3.2 ZAO薄膜的结构及特性13
3.3 ZAO薄膜的研究现状及应用14
第四章 实验16
4.1 实验原理及方法16
4.2 实验原料及设备18
4.3 溶胶凝胶法制备氧化锌薄膜及铝掺杂氧化锌薄膜 18
4.4 薄膜性能及结构表征20
第五章 结果分析与讨论23
5.1 不同铝离子掺杂比例的薄膜厚度比较23
5.2 掺铝氧化锌薄膜的SEM分析23
5.3 掺杂比例对薄膜透光性能的影响24
5.4 薄膜层数对薄膜透光性能的影响25
5.5 掺杂比例对薄膜电学性能的影响26
结论28
致谢 29
参考文献30
第一章 引言
氧化锌( ZnO) 作为直接宽带隙半导体是一种环境友好型材料，其激子束缚能较高,结构具有多样性和可控性，纳米结构的氧化锌由于其在电子学，光学方面的卓越性质已经引起广泛关注。由于ZnO 纳米材料具有优良的电学和光学性能等, 因而其在纳米器件中有着广泛的潜在应用[2] 。另外, 掺杂Al、Ga 和In 等ⅢA 族元素的高导电性透明ZnO薄膜, 因其价格优势有望成为潜在的氧化铟锡(ITO) 透明导电薄膜替代者；掺杂ⅠB族的Ag等，主要是提高其光性能；掺杂Co , Mn, Fe 和V 等过渡金属离子的ZnO 基稀磁半导体材料具有稳定的高居里温度铁磁性[3], 在半导体自旋电子学方面有潜在的应用前景[4]。能源、材料和信息是新技术革命的先导，是现代文明的三大支柱。氧化锌作为新型光电信息功能材料，在太阳能电池中的应用也逐步发展起来。