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书山有路勤为径，学海无涯苦作舟

不同铝掺杂量ZnO薄膜性能的研究

以铝掺杂质量分数为1%、2%、3%的Zn/Al合金为靶材，采用直流反

应磁控溅射技术在玻璃衬底上制备了不同铝含量ZnO:Al(AZO)透明导电薄膜。

研究了衬底温度对AZO薄膜电学性能的影响；同时，研究铝掺杂量不同、电阻

率相同的AZO薄膜的载流子浓度与迁移率的关系。结果表明：随着Al掺杂量

的增加，薄膜最佳性能（透过率90%，电阻率6乘以10-4Omega;-cm左右）

时的衬底温度值会降低；电阻率相同的样品，1%铝掺杂的薄膜迁移率和透光率

均高于2%铝掺杂薄膜的。

透明导电氧化物（TCO）薄膜具有在可见光区域透明和电阻率低等优异

的光电性能，被广泛应用于各种光伏器件中。ZnO:Al薄膜是过对ZnO薄膜适

量的铝掺杂使铝离子或铝原子进入ZnO晶格中，增加晶体中自由载流子浓度，

从而提高ZnO薄膜的导电性能。ZnO:Al薄膜作为电极使用成为薄膜太阳能电

池必不可少的一部分。

在光伏器件的应用中，若ZnO:Al薄膜中载流子浓度过高，在近红外区

域会导致自由载流子对光子的吸收，这将影响单结c-Si:H薄膜电池和a-

Si:H/mu;c-Si:H叠层电池的光电转换效率。同时过高的Al掺杂量会引起晶格

散射，导致载流子迁移率降低。因此，在足够高载流子的前提下，降低掺杂浓

度、提高载流子迁移率对提高薄膜电导率具有一定的实际意义。

1、实验

本实验仪器是CS-300型磁控溅射仪，分别用Al掺杂质量分数为0%、

1%、2%、3%的180mm乘以80mm乘以5mm矩形Zn/Al合金靶材，采用直

流反应磁控溅射在玻璃衬底上制备不同Al含量的AZO薄膜（注：以后所指的

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掺杂含量均指靶材中铝的含量）。靶和衬底间的距离为7cm。衬底表面预先用丙

酮、无水乙醇和去离子水做超声波处理，去除玻璃上的油渍和其它可溶有机

物，反应室中本底真空优于2.0乘以10-3Pa.薄膜正式沉积前，通入高纯氩气

预溅射10min以去除靶表面的污染物及氧化物，然后通入高纯氧气。反应的工

艺参数如下：衬底温度在150~280℃之间，氧氩比为1：3.2，反应气压为0.5

Pa，功率为180W，沉积时间均为30min。

利用XRD研究AZO薄膜的晶体结构。用传统四探针方法和UV-3150

型

3、结论

以铝掺杂质量分数为1%、2%、3%的Zn/Al合金为靶材，采用直流反应

磁控溅射技术在玻璃衬底上制备了不同Al掺杂量AZO透明导电薄膜。结果表

明：随着Al掺杂量的增加，1%、2%、3%掺杂的薄膜最佳性能（透过率

90%，电阻率6乘以10-4Omega;-cm左右）时的衬底温度值逐渐减小，分

别在230℃、210℃、180℃时电阻率最低。从XRD不同铝掺杂量ZnO薄膜性

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