摻鋁與摻鎵氧化鋅透明導電薄膜紅外線加熱溶膠凝膠製程特性之探討
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摻鋁與摻鎵氧化鋅透明導電薄膜紅外線加熱溶膠凝膠製程特性之探討. 教授 : 林克默博士 學生 : 董祐成 日期 :2011/6/15. Outline. Introduction Experiment Result and Discussion Conclusion. Introduction.

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摻鋁與摻鎵氧化鋅透明導電薄膜紅外線加熱溶膠凝膠製程特性之探討

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摻鋁與摻鎵氧化鋅透明導電薄膜紅外線加熱溶膠凝膠製程特性之探討

教授:林克默博士

學生:董祐成

日期:2011/6/15

STUT 太陽能材料與模組實驗室


Outline

Outline

  • Introduction

  • Experiment

  • Result and Discussion

  • Conclusion

STUT 太陽能材料與模組實驗室


Introduction

Introduction

  • 在所有透明導電薄膜中以銦錫氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)透明導電膜最為廣泛使用,主要其有極佳的導電性與高穿透性,然而,隨著銦的含量越來越稀少、價格越來越貴、且具有毒性以及在氫電漿(hydrogen plasma)環境中穩定性差,由於有以上這些缺點,導致許多研究偏向尋找可取代之材料,其中,氧化鋅(Zinc Oxide, ZnO)薄膜被認為具有相當大之發展潛力

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氧化鋅使用溶膠凝膠法之優點 :

  • 便宜的材料、簡單的設備、容易大面積覆膜。

  • 無毒性

  • 適當摻雜可提供載子(電子),如氧化鋅鋁(ZnO:Al, AZO) 。

  • 最多被認為可能替代ITO的材料。

  • 應用:光電元件,如太陽能晶片之透明電極。

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研究目的與動機:

  • 一般而言,如想得較好之光電特性之薄膜需要一定的厚度或者多次的覆膜,此研究目的為了減少腹膜次數將其莫耳濃度提高,以達到厚度提升的效果。

  • 利用少量摻雜,去瞭解其光電特性趨勢,且可以達到節省成本之效果。

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Experiment

Experiment

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Result and discussion

Result and Discussion

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薄膜量測分析(SE)

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Fe sem

薄膜量測分析(FE-SEM)

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Uv vis

薄膜量測分析(UV-Vis)

d:薄膜厚度,n:薄膜折射率,ψ:光入射角,p:干涉週期,λ 1:波長極大值, λ 2:波長極小值

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Se sem uv vis

SE&SEM&UV-Vis量測結果比較

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微結構分析

AZO各莫耳濃度之XRD

AZO各莫耳濃度之晶粒大小

λ為X光波長(λ=1.5418Å),β為繞射峰半高寬,θ為繞射角,k是常數約為0.9

Scherrer方程式:

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摻雜不同比例的GA之GZO薄膜之XRD

摻雜不同比例的GA之GZO薄膜之晶粒大小

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第一部份 濃度影響之探討

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  • 參數

  • 為不同mole濃度0.3M、0.5M、0.75M與1M、2M

  • Al摻雜1%

  • 試片數目:共19片

  • 層數:15層

  • 目的:減少覆膜次數

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不同莫耳濃度之AZO穿透率

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不同莫耳濃度下的霧度

不同莫耳濃度下的片電阻

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×1000

1

2

(1)0.75M

(2)1M

(3)1.5M

3

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小結

  • 利用較高濃度覆膜,縮減其次數次數,達到厚度增加的效果,卻意外發現其穿透率在遠紅外光區遽降,可能是因為表面電漿共振所導致的。而其可以達到抗紅外線的效果,應用於隔熱材料之用。

  • 由SEM觀察結構可知,隨著莫耳濃度越高,其內部結構越來越像哈密瓜的組織,且表面粗糙度相差甚大。

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第二部份 少量摻雜之影響

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  • 參數

  • mole濃度0.3M

  • 摻雜Ga濃度0.25%、0.5%、1%

  • 試片數目:共9片

  • 層數:15層

  • 目的:希望看出少量摻雜的趨勢

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摻雜不同比例的鎵穿透率

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不同摻雜比例之片電阻

不同摻雜比例之電阻率

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不同摻雜比例之遷移率

不同摻雜比例之載子濃度

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小結

  • 比較其摻雜Ga濃度0.25%、0.5%、1%,可發現1at.%各方面的電性較其他的好,再遷移率與載子濃度方面Ga濃度0.5%和1%的平均電性雖差不多,但是相較之下Ga濃度1%時較穩定。

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Conclusion

Conclusion

  • 利用較高濃度覆膜,縮減其次數次數,達到厚度增加的效果,卻意外發現其穿透率在遠紅外光區遽降,可能是因為表面電漿共振所導致的。而其可以達到抗紅外線的效果,應用於隔熱材料之用。

  • 比較其摻雜Ga濃度0.25%、0.5%、1%,可發現1at.%各方面的電性較其他的好,再遷移率與載子濃度方面Ga濃度0.5%和1%的平均電性雖差不多,但是相較之下Ga濃度1%時較穩定。

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