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采用射频磁控溅射法制备(Mg, Al)共掺杂ZnO薄膜的光电性能处理与研究及其光伏应用

DOI：10.3390/ma13092146 期刊：Materials 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 本研究采用射频磁控溅射技术，以常规固态靶材（ZnO:MgO:Al2O3，质量比10:2%）制备了高透明薄膜。在300°C和250W功率条件下，分别于0.21、0.61、0.83和1Pa的工作压强下将薄膜沉积于玻璃和硅基底上。通过X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、紫外-可见吸收光谱及霍尔效应测试，系统研究了工作压强对薄膜结构、光学、形貌及电学性能的影响。重点分析了薄膜的折射率、消光系数和带隙能量等光学特性，其光学带隙值通过计算吸收系数得出（范围3.921-3.655eV），该参数受工作压强影响甚微。当工作压强最低（0.21Pa）时获得的样品呈现8.8×10?2Ω·cm的最低电阻率，展现出最优光电性能。这些数据表明所制备薄膜层具备良好的光伏应用潜力。
作者： Chayma Abed，Fernando Priego，Yolanda Castro，Susana Fernández，Selma Aouida，Habib Elhouichet，M. B. Gómez-Mancebo，Carmen Munuera
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

本工作主要致力于采用传统固相法，以ZnO、MgO和Al2O3粉末为原料制备靶材，获得Mg:Al（10:2重量比）共掺杂且MgO含量相对较高（10重量%）的ZnO靶材。同时研究了通过低成本靶材采用射频磁控溅射法沉积的Al掺杂ZnO-MgO（AMZO）薄膜的光电性能，并系统考察了工作压强对结构、光学及电学性能的影响。

研究成果

通过常规固态法，利用自制直径4英寸的ZnO-MgO:Al2O3（10:2%重量比）靶材，在康宁玻璃上成功采用射频磁控溅射沉积了AMZO薄膜。该薄膜展现出优良的结构、光学和电学性能，适用于光电子和光伏应用。研究表明，采用机械稳定性良好且可重复制备的自制靶材具有可行性，其质量足以获得具备光电器件适用特性的薄膜。

研究不足

该研究承认，通过优化靶材的制备工艺和薄膜的沉积条件，可进一步提升其光电性能。未来研究可探究更高工作压力及不同掺杂浓度对薄膜性能的影响。

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