ITO衬底生长GaSb多晶薄膜热光伏材料的性能研究

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热光伏(TPV)技术作为一种将热能转换为电能的技术从一开始发现就引起人们的广泛关注,随着大量的Ⅲ-Ⅴ族材料被应用到TPV电池中,热光伏的许多优点开始渐渐显现,GaSb作为TPV材料也很快成为人们热衷的研究对象。本论文也选取GaSb材料作为研究对象,并采用物理气相沉积(PVD)方法在ITO衬底上生长GaSb多晶薄膜,并对薄膜的结构、电学、光学等性能进行了分析。主要内容概况以下几点。   1.利用XRD对薄膜进行结构特性的研究   通过实验发现,合理控制生长条件可以生长出具有(220)择优的GaSb多晶薄膜,并且衬底温度,薄膜厚度等对薄膜晶粒尺寸或表面形貌有重要影响。通过控制生长工艺制作出厚度为2030nm,Hall迁移率为7.71cm2/V·S,载流子浓度为8.5×1017/cm3,并且具有(220)择优的GaSb多晶薄膜。   2.通过Hall测试对薄膜进行电学性能的研究。   衬底温度,薄膜厚度,Ga、Sb源的温度等都可以影响薄膜的电学性能。实验发现,升高衬底温度或增加薄膜厚度都可以改善薄膜结晶质量进而提高薄膜的迁移率等电学特性,同时由于薄膜本征受主缺陷减少而导致载流子浓度相应减小。在ITO玻璃衬底温度为520℃时,可以生长出载流子浓度为1.18×1018/cm3,迁移率为61 cm2/V·S的多晶薄膜。   3.通过吸收系数来表征薄膜的光学性能   实验所制备GaSb多晶薄膜的平均反射率只有20%左右,具有较低的反射特性,同时薄膜吸收系数曲线表明对于能量大于0.8eV的所有光子,薄膜的吸收系数数值均在104-105cm-1之间,表现出薄膜良好光子吸收特性。   4.研究了缓冲层及退火对薄膜性能的改善作用   实验发现,具有缓冲层的薄膜其主要衍射峰(111)具有更小的半高宽(FWHM),和较大晶粒尺寸,缓冲层有利于薄膜结晶质量改善并提高载流子的浓度。合适的退火温度(例如500℃)可以明显改善薄膜的结晶质量,提高薄膜的晶化程度,消除了薄膜的残余应力,但退火温度过高(例如高于600℃)时,由于薄膜分解作用明显导致薄膜结晶质量显著下降。
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