文档介绍：杭州电子科技大学
硕士学位论文
半导体氧化铁薄膜的制备、表征及光伏特性研究
姓名:孙新利
申请学位级别:硕士
专业:微电子与固体电子学
指导教师:季振国;杨永德
20091201
杭州电子科技大学硕士学位论文
摘要
氧化铁薄膜是一种具有较大应用前景的多功能金属氧化物材料,具有性能稳
定、无污染而且资源丰富等优点。氧化铁可以用于光催化电解水来制备氢,可以
作为有机电解溶液电池中的电极,可以作为气敏传感器,还可应用在磁记录器件
等领域。由于氧化铁薄膜的禁带宽度与太阳光谱的峰值波长接近(约 ),
因此氧化铁还有可能在光伏转换以及太阳能电池中得到应用。但是,目前国内外
对于氧化铁薄膜已经在光电领域的应用目前研究不多,因此,对氧化铁薄膜的制
备工艺研究及其光学性能,电学性能的研究对于探索新型太阳能电池材料有重要
意义。
本文系统地概述了目前太阳能电池的发展前景及对太阳能电池材料的要求,
总结了氧化铁薄膜的制备方法及其优缺点,并利用激光脉冲沉积法(PLD 法)
和金属铁靶沉积了氧化铁薄膜,研究了薄膜的成份、晶体结构、光学性能、电学
性能和表面形貌等,并在此基础上制备出了基于氧化铁的太阳能电池结构。具体
如下:
(1)采用激光脉冲沉积法(PLD 法)和金属铁靶材在普通玻璃衬底上制备
了氧化铁薄膜,并利用 X 射线衍射仪和 X 光电子能谱仪分析了其化学组成,确
定为三氧化二铁薄膜。
(2)研究了衬底温度、氧气流量、沉积时间、衬底材料对薄膜结晶性能的
影响,发现衬底温度是影响薄膜结晶质量的最主要原因。
(3)研究了衬底温度、氧气流量、沉积时间、衬底材料对薄膜光学性能的
影响。得到 Fe2O3 薄膜直接禁带宽度大约在 ~ 之间,间接禁带宽度
大约在 ~ 之间。
(4)研究了衬底温度、氧气流量、沉积时间、衬底材料对薄膜电学性能的
影响。得到最佳未掺杂 Fe2O3 薄膜的最低电导率约为 ,Fe2O3 薄膜击穿
电压为。
(5)研究了衬底温度、衬底材料对薄膜表面形貌与结构的影响,得出衬底
温度低时生长的薄膜晶粒较小,但表面较为平整;衬底温度高时薄膜晶粒较大,
但表面粗糙,起伏较大。同时衬底材料平整度对薄膜有一定影响,在单晶硅衬底
上沉积的薄膜表面最平整,石英次之,玻璃衬底沉积的薄膜表面最不平整。
(6)制作了 P-Si /N-氧化铁结构的光伏电池,并测试了其光伏性能。这种光
伏电池的最大开路电压为 105mV,最大短路电流密度为 mA/cm2。虽然与目
前硅太阳能电池相比存在很大的差距,但是由于我们的制作工艺与设备十分简
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陋,能够获得上述结果已经证明氧化铁在光伏领域是有潜在的应用前景。

关键词:氧化铁;太阳能电池;激光脉冲沉积;薄膜
II
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ABSTRACT
Semiconducting Fe2O3 thin film is a multi-purpose metal oxide material, and has
a lot of advantages such as non-polluting, resource-rich, stable performance, and so
on. Iron oxide has been used in many fields such as catalyst for hydrogen production,
battery electrode materials anic electrolyte solution, gas sensors, and ic
memory materials. Besides, the band gap of iron oxide thin films is about ,
which is near to the peak wavelength of solar spectrum, making it possibe for solar
cell applications. However, a few data are available in the literature concerning the
characterization and application of Fe2O3 as solar cell applications. Therefore, the
research on optical and electrical