10000896_三明治结构AZOAgAZO透明导电薄膜的光学特性

三明治结构 AZO/Ag/AZO 透明导电薄膜的光学特性 史鹏飞，任宁宇，善奇，李天天 *，班士良 内蒙古大学物理科学与技术学院；内蒙古自治区高等学校半导体光伏技术重点实验室；呼和浩 特 010020 摘要：本文采用激光脉冲沉积方法(PLD)生长 AZO 薄膜，通过调节上下两层 AZO 薄膜的厚度 改善 AZO/Ag/AZO 透明导电薄膜的光学性能，提高其在可见光范围的透过率。 关键词：激光脉冲沉积；AZO；透明导电膜 1. 研究背景与内容 透明导电氧化物（TCO）薄膜在太阳电池中起到相当重要的作用。对透明导电层进行优化、 研究新型的 TCO 材料对提高太阳能光电转换效率有重要的意义。其中，掺 Al 氧化锌（ZnO:Al, AZO）以其卓越的光电性能和制造成本低成为最常用的透明导电层材料。为进一步提高 AZO 的结构和导电性能，采用激光脉冲沉积系统（PLD）制备高性能 AZO 层成为一个很好的措施。 研究人员对 PLD 法制备 ZnO 已经有了很多报道，但是在 AZO/Ag/AZO 三层复合导电膜的研究 还很少。本文研究内容主要有： （1）采用激光脉冲沉积法在玻璃衬底上制备不同 AZO 和 Ag 厚度的 AZO/Ag/AZO 三层结 构薄膜，并对其表面形貌、电学和光学特性等进行表征分析。 （2）作为对比，采用射频磁控溅射法将不同厚度的 Ag 层覆盖到 AZO 表面上，制成 Ag/AZO 双层薄膜，通过扫描电子显微镜（SEM）手段分析 Ag 在 AZO 上的具体形态和生长特 性。 2. 研究结果与讨论 2.1 三层 AZO/Ag/AZO 的制备及光学特性 40608002406801Transmitce (%) Wavelngth (m) 40136(a) 40608001230456078901Transmitce (%) Wavelngth (m) 40183(b) 40608002406801Transmitce (%) Wavelngth (m) 401 368(c) 图 1 三层 AZO/Ag/AZO 薄膜在 Ag 厚度为 10 nm 不同 AZO 厚度下的透射谱 图 1 是通过激光脉冲沉积法在玻璃基底上制备的三层 AZO/Ag/AZO 薄膜在不同 AZO 厚度下的的透射 光谱。图 1（a）可以看到顶层 AZO 薄膜在 36 nm 时，底层 AZO 厚度从 40 nm 改变到 30 nm 后，其在短 波段的透过有明显提高，可见光范围内平均透过率超过 80%，但是最高透过率略低。图 1（b）中透射谱 表明，在 300-800 nm 波段的可见光范围，底层 AZO 厚度降低到 30 nm 时，光线平均透射率略有上升。图 1（c ）中透射谱表明，在底层 AZO 厚度在 40 nm 并且 Ag 的厚度在 10 nm 时，改变顶层 AZO 厚度可以大 幅度调节其在可见光范围内地透过率。 2.2 Ag/AZO 双层薄膜的制备及表征 图 2 AZO 衬底的 AFM 图，Ag/AZO 双层薄膜在 Ag 厚度为 10 nm 的 SEM 图 图 2 给出了用激光脉冲沉积系统直接在玻璃上生长 30 nm 厚 AZO 薄膜的 AFM 图。从图中 看到运用 PLD 方法生长出的 AZO 薄膜表面平整，粗糙度 RSM 只有 1.02 nm。从 AFM 剖面线 中，也能反映表面的起伏变化，AZO 表面的上下起伏不超过 4 nm。将 Ag 沉积在此 AZO 衬底 上，改变 Ag 的厚度可以使 Ag 的覆盖情况改变。图 2 给出了在 Ag 厚度为 10 nm 下，Ag/AZO 双层膜的表面 Ag 分布 SEM 图。在 SEM 图中可以看见，Ag 厚度为 10 nm 时，Ag/AZO 双层膜 表面基本覆盖满 Ag，Ag 接近于形成连续膜层。 3. 结论 本文通过激光脉冲沉积技术在玻璃基底上制备了表面平整的 AZO 薄膜，对比了不同厚度 的 AZO 层对 Ag/AZO 和 AZO/Ag/AZO 复合薄膜的光学电学特性的影响，研究了其表面形貌。 通过 SEM、AFM 表面分析证实当 Ag 膜在 10 nm 时，膜层连续，完全覆盖在 AZO 薄膜表面， 使得其在可见光范围内平均透过率超过 80%。 参考文献 [1] A. Alyamani, A. Sayari, A. AlbadriH. AlbrithenL. El Mir. Structural, morphological and optical characterizations of ZnO:Al thin films grown on silicon substrates by pulsed laser deposition. Eur. Phys. J. Plus, 2016, 131: 328. [2] Tudor Coman, Daniel Timpu, Valentin Nica et al. Sequential PLD in oxygen/argon gas mixture of Al-doped ZnO thin films with improved electrical and optical properties [J]. Applied Surface Science,2017, 418: 456-462 [3] Yaodong Liu, Jianshe Lian. Optical and electrical properties of aluminum-doped ZnO thin films grown by pulsed laser deposition [J]. Applied Surface Science, 2007, 253: 3727-3730 [4] H. Kim, U, A. Pique, J.S. Horwitz et al. Effect of aluminum doping on zinc oxide thin films grown by pulsed laser deposition for organic light-emitting devices [J]. Thin Solid Films, 2000, 377-378: 798-802 [5] E. L. Papadopoulou, M. Varda, K. Kouroupis-Agalou et al. Undoped and Al-doped ZnO films with tuned properties grown by pulsed laser deposition [J]. Thin Solid Films, 2008, 516: 8141-8145 作者简介： 姓名：史鹏飞 主要研究方向：凝聚态物理 通讯作者联系方式：15661075986，Email：ttli@imu.edu.cn 通讯地址：内蒙古呼和浩特市赛罕区大学西街235号内蒙古大学 邮政编码：010020