以鋁摻雜質量分數為1%、2%、3%的Zn/Al 合金為靶材，采用直流反應磁控濺射技術在玻璃襯底上制備了不同鋁含量ZnO:Al(AZO)透明導電薄膜。研究了襯底溫度對AZO薄膜電學性能的影響；同時，研究鋁摻雜量不同、電阻率相同的AZO 薄膜的載流子濃度與遷移率的關系。結果表明：隨著Al 摻雜量的增加，薄膜最佳性能（透過率90%，電阻率6×10^{- 4} Ω·cm 左右）時的襯底溫度值會降低；電阻率相同的樣品，1%鋁摻雜的薄膜遷移率和透光率均高于2%鋁摻雜薄膜的。

　　透明導電氧化物（TCO）薄膜具有在可見光區域透明和電阻率低等優異的光電性能，被廣泛應用于各種光伏器件中。ZnO:Al 薄膜是過對ZnO 薄膜適量的鋁摻雜使鋁離子或鋁原子進入ZnO 晶格中，增加晶體中自由載流子濃度，從而提高ZnO 薄膜的導電性能。ZnO:Al 薄膜作為電極使用成為薄膜太陽能電池必不可少的一部分。

　　在光伏器件的應用中，若ZnO:Al 薄膜中載流子濃度過高，在近紅外區域會導致自由載流子對光子的吸收，這將影響單結c- Si:H 薄膜電池和a- Si:H/μc- Si:H 疊層電池的光電轉換效率。同時過高的Al 摻雜量會引起晶格散射，導致載流子遷移率降低。所以，在足夠高載流子的前提下，降低摻雜濃度、提高載流子遷移率對提高薄膜電導率具有一定的實際意義。

1、實驗

　　本實驗儀器是CS- 300 型磁控濺射儀，分別用Al 摻雜質量分數為0%、1%、2%、3%的180 mm×80 mm×5 mm 矩形Zn/Al 合金靶材，采用直流反應磁控濺射在玻璃襯底上制備不同Al 含量的AZO 薄膜（注：以后所指的摻雜含量均指靶材中鋁的含量）。靶和襯底間的距離為7 cm。襯底表面預先用丙酮、無水乙醇和去離子水做超聲波處理，去除玻璃上的油漬和其它可溶有機物，反應室中本底真空優于2.0×10^{- 3} Pa. 薄膜正式沉積前，通入高純氬氣預濺射10 min 以去除靶表面的污染物及氧化物，然后通入高純氧氣。反應的工藝參數如下：襯底溫度在150~280℃之間，氧氬比為1：3.2，反應氣壓為0.5 Pa，功率為180 W，沉積時間均為30 min。

　　利用XRD 研究AZO 薄膜的晶體結構。用傳統四探針方法和UV- 3150 型IR- VIS- UV 分光光度計分別測量了薄膜的方塊電阻和光學透過率。薄膜的厚度采用分光光度計自帶膜厚計算的軟件計算。

3、結論

　　以鋁摻雜質量分數為1%、2%、3%的Zn/Al合金為靶材，采用直流反應磁控濺射技術在玻璃襯底上制備了不同Al 摻雜量AZO 透明導電薄膜。結果表明：隨著Al 摻雜量的增加，1%、2%、3%摻雜的薄膜最佳性能（透過率90%，電阻率6×10^{- 4} Ω·cm 左右）時的襯底溫度值逐漸減小， 分別在230℃、210℃、180℃時電阻率最低。從XRD 圖、SEM 圖可推斷出：少量Al 摻雜有利于ZnO 薄膜的晶粒生長，增加其導電載流子濃度；過多量Al 摻雜使ZnO 晶粒尺寸減小，導致其載流子濃度及遷移率降低。最后從自由載流子對近紅外波段光子吸收的角度，分析得出本實驗制備的電阻率相同樣品，1%摻雜AZO 薄膜的遷移率和透光率均高于2%AZO 薄膜。