银嵌入型FTO基透明导电薄膜的制备与性能研究

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透明导电氧化物(TCO)因同时具备透光性和导电性成为了微电子和光电行业重要的基础材料,并被广泛地应用在太阳能电池、发光二极管、液晶显示器、薄膜晶体管和触摸屏等光电设备中。在众多TCO薄膜材料中,掺氟二氧化锡(FTO)薄膜因热、化学稳定性好、机械耐久强、易于刻蚀、无毒无害、价格低廉等优势而备受关注,成为了掺锡氧化铟(ITO)的主要替代品之一。然而原始FTO薄膜的光电性能并不能够满足日益攀高的市场需求。为了提升FTO薄膜的光电性能,本文提出先对市售的FTO薄膜进行激光刻蚀,然后在激光刻蚀过的薄膜表面溅射Ag层并炉内退火,最后在经上述步骤处理的薄膜表面溅射AZO层并进行激光退火。研究了这一工艺对FTO薄膜表面形貌、晶体结构和光电性能的影响,得到了一些有意义的研究结果。1、采用532 nm纳秒脉冲激光在FTO薄膜表面刻蚀网格图案。研究了使用不同离焦量、能量密度和扫描速度的激光对薄膜表面形貌和光电性能的影响。探讨了激光刻蚀FTO薄膜的机理。结果表明,当离焦量为0,能量密度为0.4 J/cm2,扫描速度为10mm/s时,FTO在激光的作用下形成的凹槽质量最佳,粗糙度略大于原始FTO薄膜,不影响薄膜的光电性能。此时薄膜的平均透光率为77.63%,方块电阻为10.27Ω/sq,品质因子为0.774×10-2Ω-1。为后续制备银嵌入型FTO基透明导电薄膜做了准备。2、采用磁控溅射法在FTO薄膜表面溅射一定厚度的金属Ag层,再使用中温管式炉对其进行炉内退火。研究了Ag层厚度、退火温度和退火时间对薄膜表面形貌、晶体结构和光电性能的影响。结果表明,当Ag层厚度为5 nm,退火温度为300℃以及退火时间为20 min时,金属Ag在去润湿过程中变成银纳米颗粒,集中嵌入在凹槽内表面。薄膜的平均透光率为78.40%,方块电阻为8.21Ω/sq,品质因子为1.07×10-2Ω-1,综合光电性能相较于FTO薄膜明显增加。3、采用磁控溅射法在经上述步骤处理过的薄膜表面溅射一定厚度的AZO层,接着采用纳秒脉冲激光对其进行激光退火。研究了AZO层厚度、光斑重叠率和线重叠率对薄膜表面形貌、晶体结构和光电性能的影响。结果表明,AZO层能够增透减反,并与银纳米颗粒形成核心结构增强散射,进一步提升薄膜的透光性。当AZO层厚度为10nm,光斑重叠率为90%以及线重叠率为80%时,薄膜表面形成了光栅结构,透光率增加到了82.67%,方块电阻降低到了7.12Ω/sq,品质因子高达2.09×10-2Ω-1,综合光电性能远远高于原始FTO薄膜。
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