Aluminum Doped Zinc Oxide via Facile Pneumatic Spray Pyrolysis for Photovoltaic Applications

Abstract

Нелегований і легований алюмінієм оксид цинку (AZO) вирощували на скляній підкладці за допомогою легкої, розробленої вдома технології піролізу з пневматичним розпиленням. Чотири зразки були підготовлені з масовим відношенням алюмінію в процентах 0, 0,5, 0,75 і 1. Структурні, електричні та оптичні властивості вирощених плівок були охарактеризовані за допомогою рентгенівської дифракції (XRD), чотириточкової та ультрафіолетової видимої (УФ) області. -vis) методи спектроскопії відповідно. XRD показало, що нелеговані та леговані плівки оксиду цинку (ZnO) мають полікристалічну структуру з сильною переважною орієнтацією росту вздовж напрямку (002), а розмір кристалітів збільшується, а потім зменшується та коливається від 31,66 до 84,93 нм, що вказує на повторне збільшення зменшення. дефектів. Спектроскопія УФ-видимого діапазону показала, що частка 0,1 % Al дещо покращує пропускання плівки, тоді як більші кількості різко погіршують його, що, ймовірно, пов’язано з поведінкою дефекту та шорсткістю поверхні. Енергія забороненої зони майже не змінювалася, коливаючись між 3,21 і 3,29 еВ. Поведінка дефекту також вплинула на стійкість листа, яка показала значне зниження для збільшення співвідношення Al до останнього співвідношення, де воно трохи збільшилося. Незважаючи на те, що більшість отриманих результатів поводяться у звичайний спосіб, поведінка пропускання є найбільш примітною, коли вона може бути корисною при розробці сонячних елементів, де злегка легований AZO можна використовувати як вікно, а сильно легований AZO можна використовувати як частина гетеропереходу з напівпровідником p-типу (наприклад, Si, GaAs або іншим оксидом) для збільшення генерації та збору носіїв.

Undoped and Aluminum-doped Zinc Oxide (AZO) were grown on a glass substrate using a facile home developed pneumatic spray pyrolysis technique. Four samples were prepared with Aluminum percentage weight ratios of 0, 0.5, 0.75 and 1. The structural, electrical and optical properties of the grown films were characterized using X-ray diffraction (XRD), the four-point and Ultraviolet–visible (UV-vis) spectroscopy methods respectively. XRD characterization revealed that the undoped and doped Zinc Oxide (ZnO) films have a polycrystalline structure with a strong preferential growth orientation along the (002) direction and the crystallite size increases and then decrease and ranges from 31.66 to 84.93 nm indicating the reduction increase again of defects. UV-vis spectroscopy has shown that the 0.1 % Al portion slightly enhanced the film transmission while larger amounts drastically deteriorated it which is probably due to the behavior of defect and the surface roughness. The band gap energy was almost unaffected varying between 3.21 and 3.29 eV. The defect’s behavior has also affected the sheet resistance which showed a huge decrease of for increasing Al ratio until the last ratio where it has slightly increased. Although, most of the obtained results behave in their usual way, the transmittance behavior is the most remarkable where it can be useful in designing solar cells where the lightly doped AZO can be used as a window while the highly doped AZO can be used as part of the heterojunction with a p-type semiconductor (like Si, GaAs or another oxide) to increase generation and collection of carriers.