衬底温度对MOCVD法沉积ZnO透明导电薄膜的影响

陈新亮; 薛俊明; 张德坤; 孙  建; 任慧志; 赵  颖; 耿新华

doi:10.7498/aps.56.1563

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衬底温度对MOCVD法沉积ZnO透明导电薄膜的影响

陈新亮 , 薛俊明 , 张德坤 , 孙建 , 任慧志 , 赵颖 , 耿新华

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凝聚物质：结构、热学和力学性质

衬底温度对MOCVD法沉积ZnO透明导电薄膜的影响

陈新亮, 薛俊明, 张德坤, 孙建, 任慧志, 赵颖, 耿新华

物理学报, 2007, 56(3): 1563-1567.

doi: 10.7498/aps.56.1563

Effect of substrate temperature on the ZnO thin films as TCO in solar cells grown by MOCVD technique

Chen Xin-Liang, Xue Jun-Ming, Zhang De-Kun, Sun Jian, Ren Hui-Zhi, Zhao Ying, Geng Xin-Hua

Acta Phys. Sin., 2007, 56(3): 1563-1567.

doi: 10.7498/aps.56.1563

摘要
研究了衬底温度对MOCVD技术制备的ZnO薄膜的微观结构和光电特性影响. XRD和SEM的研究结果表明，衬底温度对ZnO薄膜的微观结构有显著影响，明显的形貌转变温度大约发生在175℃，低于175℃，薄膜呈镜面结构，晶粒为球状，高于177℃的较高温度范围，薄膜从“类金字塔”状的绒面结构演化为“岩石”状显微组织；随着温度增加，薄膜的晶粒尺寸明显增大.绒面结构的未掺杂ZnO薄膜具有17.96 cm2/V·s的高迁移率和3.28×10-2 Ω·cm的低电阻率，对ZnO薄膜的进一步掺杂和结构优化有望应用于Si薄膜太阳电池的前电极.

关键词:
MOCVD /

ZnO薄膜 /

透明导电氧化物 /

太阳电池
Abstract
Geng Xin-HuaMicrostructural,optical and electrical properties of updoped-ZnO films grown by metal organic chemical vapor deposition at different substrate temperature were investigated. XRD spectra and SEM photos indicate that the substrate temperature plays an important role on the microstructure of ZnO films. Morphological transition takes place obviously at around 175℃. The morphology of the ZnO films shows sphere-like structure at low temperature (177℃). The grain size of ZnO films grows up with the increase of substrate temperature. The high mobility (17.96 cm2/Vs) and low resistivity (3.28×10-2Ω·cm) at 177℃ have been obtained for undoped-ZnO film deposited on glass substrate. By further optimizing the structure and B-doping, ZnO film as front electrode will be applied in solar cell soon.

Keywords:
MOCVD /

ZnO film /

transparent conductive oxide /

solar cell
作者及机构信息
陈新亮,

薛俊明,

张德坤,

孙建,

任慧志,

赵颖,

耿新华

1.
南开大学光电子薄膜器件与技术研究所和天津市重点实验室；南开大学光电信息技术科学教育部重点实验室，天津 300071

基金项目: 天津市自然科学基金(批准号：043604911)和天津市科技攻关项目(批准号：043186511)资助的课题.
Authors and contacts
Chen Xin-Liang,

Xue Jun-Ming,

Zhang De-Kun,

Sun Jian,

Ren Hui-Zhi,

Zhao Ying,

Geng Xin-Hua

1.
南开大学光电子薄膜器件与技术研究所和天津市重点实验室；南开大学光电信息技术科学教育部重点实验室，天津 300071
参考文献

施引文献

[1]	任程超, 周佳凯, 张博宇, 刘璋, 赵颖, 张晓丹, 侯国付. 基于隧穿氧化物钝化接触的高效晶体硅太阳电池的研究现状与展望. 物理学报, 2021, 70(17): 178401. doi: 10.7498/aps.70.20210316
[2]	曹宇, 蒋家豪, 刘超颖, 凌同, 孟丹, 周静, 刘欢, 王俊尧. 高效硫硒化锑薄膜太阳电池中的渐变能隙结构. 物理学报, 2021, 70(12): 128802. doi: 10.7498/aps.70.20202016
[3]	敬婧, 李致朋, 卢伟胜, 王宏宇, 杨祖安, 杨毅, 尹祺圣, 杨馥菱, 沈晓明, 曾建民, 詹锋. 一种具有减反射性能的Cu₂ZnSnS₄太阳能电池透明导电氧化物薄膜. 物理学报, 2020, 69(23): 237801. doi: 10.7498/aps.69.20200897
[4]	陈新亮, 陈莉, 周忠信, 赵颖, 张晓丹. Cu2O/ZnO氧化物异质结太阳电池的研究进展. 物理学报, 2018, 67(11): 118401. doi: 10.7498/aps.67.20172037
[5]	耿超, 郑义, 张永哲, 严辉. 硅薄膜太阳电池表面纳米线阵列光学设计. 物理学报, 2016, 65(7): 070201. doi: 10.7498/aps.65.070201
[6]	丁东, 杨仕娥, 陈永生, 郜小勇, 谷锦华, 卢景霄. Al纳米颗粒增强微晶硅薄膜太阳电池光吸收的模拟研究. 物理学报, 2015, 64(24): 248801. doi: 10.7498/aps.64.248801
[7]	刘长文, 周讯, 岳文瑾, 王命泰, 邱泽亮, 孟维利, 陈俊伟, 齐娟娟, 董超. 金属氧化物基杂化型聚合物太阳电池研究. 物理学报, 2015, 64(3): 038804. doi: 10.7498/aps.64.038804
[8]	郑雪, 余学功, 杨德仁. -Si：H/SiNx叠层薄膜对晶体硅太阳电池的钝化. 物理学报, 2013, 62(19): 198801. doi: 10.7498/aps.62.198801
[9]	秦杰明, 曹建明, 蒋大勇. Mg0.57Zn0.43O合金薄膜生长及性能表征. 物理学报, 2013, 62(13): 138101. doi: 10.7498/aps.62.138101
[10]	张坤, 刘芳洋, 赖延清, 李轶, 颜畅, 张治安, 李劼, 刘业翔. 太阳电池用Cu2ZnSnS4薄膜的反应溅射原位生长及表征. 物理学报, 2011, 60(2): 028802. doi: 10.7498/aps.60.028802
[11]	邢海英, 范广涵, 杨学林, 张国义. 金属有机化学气相淀积技术制备GaMnN薄膜材料光学性质研究. 物理学报, 2010, 59(1): 504-507. doi: 10.7498/aps.59.504
[12]	蔡宏琨, 陶科, 王林申, 赵敬芳, 隋妍萍, 张德贤. 柔性衬底非晶硅薄膜太阳电池界面处理的研究. 物理学报, 2009, 58(11): 7921-7925. doi: 10.7498/aps.58.7921
[13]	谢自力, 张荣, 修向前, 韩平, 刘斌, 陈琳, 俞慧强, 江若琏, 施毅, 郑有炓. 用于紫外探测器DBR结构的高质量AlGaN材料MOCVD生长及其特性研究. 物理学报, 2007, 56(11): 6717-6721. doi: 10.7498/aps.56.6717
[14]	李彤, 王怀兵, 刘建平, 牛南辉, 张念国, 邢艳辉, 韩军, 刘莹, 高国, 沈光地. Delta掺杂制备p-GaN薄膜及其电性能研究. 物理学报, 2007, 56(2): 1036-1040. doi: 10.7498/aps.56.1036
[15]	彭冬生, 冯玉春, 王文欣, 刘晓峰, 施炜, 牛憨笨. 一种外延生长高质量GaN薄膜的新方法. 物理学报, 2006, 55(7): 3606-3610. doi: 10.7498/aps.55.3606
[16]	戴松元, 孔凡太, 胡林华, 史成武, 方霞琴, 潘旭, 王孔嘉. 染料敏化纳米薄膜太阳电池实验研究. 物理学报, 2005, 54(4): 1919-1926. doi: 10.7498/aps.54.1919
[17]	徐炜炜, 戴松元, 方霞琴, 胡林华, 孔凡太, 潘旭, 王孔嘉. 电沉积处理与染料敏化纳米薄膜太阳电池的优化. 物理学报, 2005, 54(12): 5943-5948. doi: 10.7498/aps.54.5943
[18]	曾隆月, 戴松元, 王孔嘉, 史成武, 孔凡太, 胡林华, 潘旭. 染料敏化纳米ZnO薄膜太阳电池机理初探. 物理学报, 2005, 54(1): 53-57. doi: 10.7498/aps.54.53
[19]	袁洪涛, 张　跃, 谷景华. 原位生长高度定向ZnO晶须. 物理学报, 2004, 53(2): 646-650. doi: 10.7498/aps.53.646
[20]	张德恒, 刘云燕, 张德骏. 用MOCVD方法制备的n型GaN薄膜紫外光电导. 物理学报, 2001, 50(9): 1800-1804. doi: 10.7498/aps.50.1800

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物理学报. 2007, 56(3): 1563-1567.

doi: 10.7498/aps.56.1563.

衬底温度对MOCVD法沉积ZnO透明导电薄膜的影响

1. 南开大学光电子薄膜器件与技术研究所和天津市重点实验室；南开大学光电信息技术科学教育部重点实验室，天津 300071

基金项目: 天津市自然科学基金(批准号：043604911)和天津市科技攻关项目(批准号：043186511)资助的课题.

收稿日期: 2005-12-09
修回日期: 2006-08-21
刊出日期: 2007-07-11

摘要: 研究了衬底温度对MOCVD技术制备的ZnO薄膜的微观结构和光电特性影响. XRD和SEM的研究结果表明，衬底温度对ZnO薄膜的微观结构有显著影响，明显的形貌转变温度大约发生在175℃，低于175℃，薄膜呈镜面结构，晶粒为球状，高于177℃的较高温度范围，薄膜从“类金字塔”状的绒面结构演化为“岩石”状显微组织；随着温度增加，薄膜的晶粒尺寸明显增大.绒面结构的未掺杂ZnO薄膜具有17.96 cm2/V·s的高迁移率和3.28×10-2 Ω·cm的低电阻率，对ZnO薄膜的进一步掺杂和结构优化有望应用于Si薄膜太阳电池的前电极.

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