以鋁摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%、2%、3%的Zn/Al 合金為靶材，采用直流反應(yīng)磁控濺射技術(shù)在玻璃襯底上制備了不同鋁含量ZnO:Al(AZO)透明導(dǎo)電薄膜。研究了襯底溫度對(duì)AZO薄膜電學(xué)性能的影響；同時(shí)，研究鋁摻雜量不同、電阻率相同的AZO 薄膜的載流子濃度與遷移率的關(guān)系。結(jié)果表明：隨著Al 摻雜量的增加，薄膜最佳性能（透過(guò)率90%，電阻率6×10^{- 4} Ω·cm 左右）時(shí)的襯底溫度值會(huì)降低；電阻率相同的樣品，1%鋁摻雜的薄膜遷移率和透光率均高于2%鋁摻雜薄膜的。

　　透明導(dǎo)電氧化物（TCO）薄膜具有在可見(jiàn)光區(qū)域透明和電阻率低等優(yōu)異的光電性能，被廣泛應(yīng)用于各種光伏器件中。ZnO:Al 薄膜是過(guò)對(duì)ZnO 薄膜適量的鋁摻雜使鋁離子或鋁原子進(jìn)入ZnO 晶格中，增加晶體中自由載流子濃度，從而提高ZnO 薄膜的導(dǎo)電性能。ZnO:Al 薄膜作為電極使用成為薄膜太陽(yáng)能電池必不可少的一部分。

　　在光伏器件的應(yīng)用中，若ZnO:Al 薄膜中載流子濃度過(guò)高，在近紅外區(qū)域會(huì)導(dǎo)致自由載流子對(duì)光子的吸收，這將影響單結(jié)c- Si:H 薄膜電池和a- Si:H/μc- Si:H 疊層電池的光電轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)過(guò)高的Al 摻雜量會(huì)引起晶格散射，導(dǎo)致載流子遷移率降低。所以，在足夠高載流子的前提下，降低摻雜濃度、提高載流子遷移率對(duì)提高薄膜電導(dǎo)率具有一定的實(shí)際意義。

1、實(shí)驗(yàn)

　　本實(shí)驗(yàn)儀器是CS- 300 型磁控濺射儀，分別用Al 摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%、1%、2%、3%的180 mm×80 mm×5 mm 矩形Zn/Al 合金靶材，采用直流反應(yīng)磁控濺射在玻璃襯底上制備不同Al 含量的AZO 薄膜（注：以后所指的摻雜含量均指靶材中鋁的含量）。靶和襯底間的距離為7 cm。襯底表面預(yù)先用丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水做超聲波處理，去除玻璃上的油漬和其它可溶有機(jī)物，反應(yīng)室中本底真空優(yōu)于2.0×10^{- 3} Pa. 薄膜正式沉積前，通入高純氬氣預(yù)濺射10 min 以去除靶表面的污染物及氧化物，然后通入高純氧氣。反應(yīng)的工藝參數(shù)如下：襯底溫度在150~280℃之間，氧氬比為1：3.2，反應(yīng)氣壓為0.5 Pa，功率為180 W，沉積時(shí)間均為30 min。

　　利用XRD 研究AZO 薄膜的晶體結(jié)構(gòu)。用傳統(tǒng)四探針?lè)椒ê蚒V- 3150 型IR- VIS- UV 分光光度計(jì)分別測(cè)量了薄膜的方塊電阻和光學(xué)透過(guò)率。薄膜的厚度采用分光光度計(jì)自帶膜厚計(jì)算的軟件計(jì)算。

3、結(jié)論

　　以鋁摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%、2%、3%的Zn/Al合金為靶材，采用直流反應(yīng)磁控濺射技術(shù)在玻璃襯底上制備了不同Al 摻雜量AZO 透明導(dǎo)電薄膜。結(jié)果表明：隨著Al 摻雜量的增加，1%、2%、3%摻雜的薄膜最佳性能（透過(guò)率90%，電阻率6×10^{- 4} Ω·cm 左右）時(shí)的襯底溫度值逐漸減小， 分別在230℃、210℃、180℃時(shí)電阻率最低。從XRD 圖、SEM 圖可推斷出：少量Al 摻雜有利于ZnO 薄膜的晶粒生長(zhǎng)，增加其導(dǎo)電載流子濃度；過(guò)多量Al 摻雜使ZnO 晶粒尺寸減小，導(dǎo)致其載流子濃度及遷移率降低。最后從自由載流子對(duì)近紅外波段光子吸收的角度，分析得出本實(shí)驗(yàn)制備的電阻率相同樣品，1%摻雜AZO 薄膜的遷移率和透光率均高于2%AZO 薄膜。