通过调控气溶胶沉积时间，揭示喷雾热解ZnO薄膜微观结构与光电性能的演变过程

《Canadian Journal of Chemical Engineering》：Unveiling the evolution of microstructural and optoelectronic properties of spray-pyrolyzed ZnO thin films via tailoring the aerosol deposition time

ZnO薄膜通过调整沉积时间τ（20-24分钟）采用喷涂热解法制备，XRD显示多晶性随τ增加但择优生长沿[002]方向，SEM证实τ=20分钟时纳米棒高度排列。EDS表明薄膜氧含量略高，光学透射率达95%。带隙Eg随τ增加而降低，归因于结晶度提升与Urbach能量Eu的负相关。τ=20分钟时薄膜电学性能最优：暗电导率108.2 S/cm，载流子浓度3.76×101?/cm3，迁移率17.98 cm2/V·s，肖特基电阻率275 Ω/□，表观迁移率ΦTC-H=2.03×10?3 Ω?1，ΦTC-H-HR=4.11×10?2 Ω?1/12。

　　

摘要

通过改变沉积时间（τ），采用喷雾热解技术制备了不同厚度的ZnO薄膜。XRD分析显示，随着τ的增加，薄膜的多晶性增强；然而，所有薄膜主要沿轴[002]方向生长。FE-SEM分析表明，在τ = 20分钟时，ZnO纳米棒在基底上垂直生长且排列整齐。EDS分析证实了ZnO薄膜的质量较高，氧含量略高。这些薄膜的光学透射率超过90%，其中沉积24分钟后的薄膜透射率最高，达到95%。随着薄膜厚度的增加，晶粒尺寸也增大；然而，带隙能量（E_g）随τ的增加而降低。E_g与Urbach能量（E_u）之间的反比关系可归因于较低E_{u时更优的结晶性。在最佳沉积时间τ = 20分钟时，该薄膜表现出最高的暗电导率（108.2 S/cm）、自由电子浓度（η = 3.76 × 10¹⁹ /cm³）和迁移率（μ = 17.98 cm²V^?1 s^?1）。在τ = 20分钟时，该薄膜还展现了最佳的优值：ΦTC-H = 2.03 × 10^?3 Ω^?1、ΦTC-H-HR = 4.11 × 10^?2 Ω^?1/12，以及最低的片电阻（Rs = 275 Ω/□）。}

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。