基于柔性基体的zno薄膜的制备及光电性能研究

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1、分类号：0469单位代码：10190研究生学号：201502006密级：公开硕士学位论文王新月2018年6月基于柔性基体的ZnO薄膜的制备及光电性能研究PreparationandPotoelectricPopertiesofZnOTinFlmsonFexibleSbstrates硕士研究生：王新月导师：刘耀东教授申请学位：工学硕士学科：材料科学与工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：长春工业大学摘要摘要ZnO薄膜在太阳能电池、电子通讯设备等众多领域具有广阔的应用前

2、景，随着铝、锂、硼、氮等元素的掺杂，ZnO薄膜的性能得到优化。相比未掺杂的ZnO薄膜，经掺杂的ZnO薄膜的导电性能和光学性能明显提高。但早期研究者大多数在透明玻璃、单晶硅片、蓝宝石等硬质基体上沉积ZnO薄膜，不能弯曲和折叠，很难满足现在工业对柔性器件的发展需求。近年来，越来越多的电子器件开始朝着柔性化、轻质化方向发展，例如液晶显示器、太阳能电池、可穿戴设备等，使得对高性能柔性透明导电薄膜的需求日益增长。本研究正是基于这样的背景，研读了近年来国内外学者在柔性基体上制备ZnO透明导电薄膜的发展，参考了

3、柔性ZnO薄膜的不同制备方法及影响薄膜结构光电性能的工艺参数，并对其形成机理和电子输运特性进行了深入分析。本实验采用磁控溅射方法，在柔性聚合物PET基体上沉积一层ZnO薄膜，然后沉积了Al2O3缓冲层，通过改变Al2O3缓冲层的沉积时间、溅射功率等参数和AZO薄膜中不同的Al含量（0%、1.5%、2.0%、2.5%），制备了ZnO/Al2O3/AZO薄膜，采用扫描电镜、X射线衍射仪、紫外可见分光光度计、拉曼光谱仪和霍尔效应测量系统等表征手段研究了Al2O3缓冲层对AZO薄膜的结构及光电性能的影响。

4、结果表明：（1）Al2O3缓冲层不显著影响AZO薄膜的C轴择优取向，本实验所制备的AZO薄膜均有明显的（002）衍射峰，添加缓冲层的AZO薄膜（002）衍射峰略有增强，且向小角度方向偏移。（2）在可见光范围内，AZO薄膜的透光率均达到80%以上，由于聚合物PET的固有缺陷及薄膜与衬底的热膨胀系数不同，导致PET基体和AZO薄膜之间的粘着力较小，AZO薄膜在550nm处深层能级（黄绿光）发光较强。（3）Al作为施主原子引起载流子浓度的增加，当Al2O3缓冲层沉积时间为20min，ZnO:Al中Al掺

5、杂量为1.5%时，残余应力的存在抑制了霍尔迁移率，霍尔迁移率和-5载流子浓度达到一个相对稳定的状态，得到本实验下最小的电阻率8.0×10Ω·cm。关键词：AZO薄膜柔性基体Al2O3缓冲层结构性能光电性能I摘要AbstractZnOthinfilmshavebroadapplicationsinmanyfields,suchassolarcell,andelectroniccommunicationequipment.WiththedopingofAl、Li、B、Nandotherelements

6、,TheperformanceofZnOthinfilmisoptimizedcomparedwiththeundopedZnOthinfilm,theconductivityandopticalpropertiesofthedopedZnOthinfilmsareobviouslyimproved.However,mostoftheearlyresearchersdepositedZnOthinfilmsonthehardsubstratessuchastransparentglass,mono

7、crystallinesilicon,sapphireandsoon.Itcanbenotbendandfold,soitisdifficulttomeetthedemandforthedevelopmentofflexibledevices.Inrecentyears,moreandmoreelectronicdeviceshavedevelopedtowardstoflexibleandlightweight,suchassolarcells,wearabledevicesandsoon,wh

8、ichmakesthedemandforhighperformanceflexibletransparentconductivefilmsgrowsofast.Basedonthisbackground,thispaperstudiesthedevelopmentfrontiersofthepreparationofZnOtransparentconductivethinfilmsonflexiblesubstratesinrecentyears.Refertotheinfluen