氧化亞銅的n型磁控濺射摻雜及同質結研究

《氧化亞銅的n型磁控濺射摻雜及同質結研究》是依託深圳大學，由葉凡擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：氧化亞銅的n型磁控濺射摻雜及同質結研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：葉凡
• 依託單位：深圳大學

項目摘要

未摻雜氧化亞銅為p型半導體，實現其n型摻雜對製備氧化亞銅同質結及提高其太陽能電池的轉換效率有重要意義。但是，摻雜能否實現氧化亞銅的n型導電仍需深入研究：雖然電化學沉積製備的摻氯氧化亞銅為n型，但這種由間接測試推斷出的n型導電到底來源於表面反型層還是摻雜仍需澄清；儘管摻入一些高價態金屬元素的氧化亞銅仍為p型，但由於摻雜濃度範圍較小，所以並不能確定這些施主雜質不能使氧化亞銅轉變為n型；另外，有些施主雜質甚至沒有被摻入氧化亞銅以研究其導電類型。本項目計畫解決上述問題。磁控濺射在製備及摻雜氧化亞銅上簡便易行，且襯底無須導電，有利於直接測試所沉積膜層的導電類型。本項目計畫用磁控濺射的方法，往氧化亞銅中摻入氯、氟、鋅及銦等雜質元素，以實現氧化亞銅的n型導電，並在此基礎上製備氧化亞銅同質結及研究其光電性能。本項目對真正實現氧化亞銅的n型導電及深入認識其n型摻雜有重要意義。

結題摘要

氧化亞銅具有眾多優點，例如直接帶隙（禁頻寬度約為2.1eV）等，在太陽能電池等方面有潛在套用。未摻雜的氧化亞銅是p型的，由銅空位充當受主。用電化學沉積製備的未摻雜氧化亞銅的n型導電一種假象，來源於銅離子在表面的沉積。氧化亞銅的n型導電一直難以實現，這限制了氧化亞銅太陽能電池轉換效率的提高。實現氧化亞銅n型導電的一個重要途徑是摻雜。因此，我們提出了氧化亞銅的n型磁控濺射摻雜及同質結研究。首先, 我們用磁控濺射的方法研究了氧化亞銅的製備。用金屬銅做靶，K9玻璃及矽片做襯底，氣體用的是氧和氬，通過調節襯底溫度、工作壓強、濺射電壓及氣體流量等參數，找出了氧化亞銅的製備條件範圍。其次，研究了摻銦或摻鋅氧化亞銅的製備及性能。在製備氧化亞銅條件的基礎上，採用兩靶或三靶共濺射的方法，通過調整銅靶和銦靶、鋅靶或是鋅銦合金靶的電壓及氣流等，製備出了不含雜質的單一相的摻銦氧化亞銅、摻鋅氧化亞銅、及鋅銦共摻的氧化亞銅。測試分析結果表明，銦摻雜在室溫附近可以使氧化亞銅由p型導電轉為n型導電，進一步分析發現摻入的銦呈三價並取代了一價銅的位置，從而充當了施主，使得氧化亞銅轉變為n型導電。鋅摻雜的氧化亞銅仍為p型，其原因按理論計算極有可能是二價的鋅受到銅空位的補償從而形成中性雜質。鋅銦共摻也沒能使氧化亞銅由p型轉為n型。 再次，研究了純相摻氟或摻氯氧化亞銅的製備。由於沒有辦法獲得固態靶材，我們只能先用濺射的方法製備出氧化亞銅，再用熱擴散的方法摻氟或是氯。結果表明，純相的摻氟氧化亞銅的製備較困難，這是因為較低的擴散溫度將導致氧化亞銅分解，而較高的擴散溫度則導致出現雜質。同理，摻氯氧化亞銅也難以製備。最後，設計並製備了氧化亞銅的同質結。但由於多層膜的結構較複雜，故目前沒有得到有意義的結果。摻銦氧化亞銅n型導電的實現為其在太陽能電池等領域的套用奠定了一定的基礎。