摻鋁氧化鋅(AZO)薄膜的應用及研究評述

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(上海理工大學理學院，上海 200093)

1 前 言

目前透明導電薄膜的種類很多，主要有金屬膜、氧化物膜、高分子膜以及復合膜等，其中透明導電氧化物薄膜(transparent conducting oxide，簡稱為TCO薄膜)處于主導地位[1]。透明導電氧化物薄膜是一種重要的半導體材料，在表面聲波器件、紫外光探測器、壓敏器件和紫外激光器件、太陽能電池、液晶顯示器、激光二極管以及氣體傳感器等[2-3]領域具有廣闊的應用前景。鋁摻雜氧化鋅(AZO)薄膜作為TCO薄膜,因具有導電性能好、可見光區域透射率高、紅外區反射率高以及紫外吸收率高、性價比高等優點，已經成為當前透明導電薄膜[4]領域的研究熱點之一。而且AZO薄膜還有穩定性好、原料豐富、價格低廉、制備工藝簡單等特點，現已被廣泛地應用于傳感器、太陽能電池電極、液晶顯示器、反射熱鏡及等離子體顯示器以及有機無機發光器件等多種光電子器件領域[5]，并已經逐漸成為替代昂貴的ITO薄膜的首選材料。

2 AZO薄膜的表征

AZO薄膜，因其優良的光學性能以及電學性能，而被廣泛應用。研究AZO薄膜的性能，一般會從結構、光學性能、電學性能等方面進行檢測與表征。

2.1 AZO薄膜結構特性常用的表征方法

在AZO薄膜中由于Al原子和Zn原子大小相近，摻入Al時，大部分Al原子會代替Zn原子，只有很少的一部分Al原子會進入間隙成為間隙原子，因而AZO仍能保持六角纖鋅礦結構不變。探究其微觀機理，通常會從兩個方面進行，一方面是對AZO薄膜結構的測量以及表征，另一方面對其表面形貌的表征。

2.1.1AZO薄膜結構的測量及表征 X射線衍射法[6]是對AZO薄膜結構表征[7]常用的方法之一。通過分析AZO的某些特征峰以及相應的衍射角的變化，進而分析其結構的變化。由大量的試驗分析可得，由于AZO與ZnO的結構相似，通常會產生較強ZnO(002)衍射峰，這表明AZO薄膜有明顯垂直于襯底的c軸優先生長取向。而對于不同條件下獲得的薄膜，其結構會有一些不同，得到的XRD峰及衍射角有一些不同，通過分析這些不同點就能找到變化的規律，從而達到優化的目的。

除了X射線衍射法外還使用能譜儀(EDS)對材料微區成分元素種類與含量進行分析，此外，使用X射線光電子譜(XPS)甚至還可以測量出表面、微小區域和薄膜不同厚度處原子、離子的分布信息。

2.1.2AZO薄膜表面形貌的測量及表征 對AZO薄膜的表面形貌[8]的表征主要使用的是掃描電子顯微鏡[9](SEM)及原子力顯微鏡(AFM)。通過AZO薄膜的SEM圖像，可直觀地得到AZO的顆粒大小，形狀、表面的均勻度以及相應的晶界情況。而AFM圖像除了用來分析表面的均勻性，還能夠說明其整體的粗糙度，分析其光學透過率以及光散射性能。表面粗糙度是指薄膜表面具有的較小間距和微小峰谷的不平整度，是用來表征整體平整性的重要參數，實驗分析時也常用均方根粗糙度來代替粗糙度，直觀地表達薄膜表面的平整度。除使用SEM 和AFM之外，使用透射電子顯微鏡(TEM)來觀察薄膜的亞顯微結構或超微結構也是常用的檢測方法。

2.2 AZO薄膜的光學性能表征

AZO薄膜光學性能的優劣主要體現在光學透過率，光學禁帶寬度，光學吸收率，光學反射率，消光系數等方面。

光譜儀是表征光學性能常用的儀器之一，用來測量透過率光譜。AZO薄膜透過率與吸收系數的關系為I=I0e-αt，其中I為透過光的光強，I0為初始光強，t為薄膜厚度(可以測量出來)。根據透過率光譜，可以計算出AZO薄膜吸收系數α。又因為AZO是直接帶隙，根據躍遷選擇定則，能量守恒條件以及能帶結構等，可得吸收系數與能量關系服從1/2次方率[10]，即：

其中：

故可以作[α(E)]2-hv圖，得到線性吸收邊。將吸收邊的線性關系延伸到與能量軸相交，即α(E)=0處，可以求出AZO薄膜的禁帶寬度Eg。Asim Jilani等[11]人根據上述及試驗結果計算出相應的禁帶寬度為3.262eV。

為了表征AZO薄膜對光的透過能力以及散射能力，還分別引入了透過率以及霧度值這兩個參數。在太陽能電池中，透過率越高，光越容易進入吸收層，吸收層接收到的光子數也越多。而AZO薄膜的霧度值代表其散射能力的強弱，在太陽能電池中，霧度值越大，散射越強，吸收層吸收越充分，太陽能電池的效率也越高。一般來講影響光透過率的因素有如下幾個。從結構上說，AZO薄膜的顆粒大小，薄膜的連續性，表面晶界的性質，以及晶體的缺陷等對光波具有反射或散射作用，因而會影響透過率的大小；從內部機理來說，AZO薄膜存在多種散射中心以及吸收中心(因為缺陷[12]和雜質可能會在禁帶中產生缺陷能級及(或者)雜質能級)，當光通過時，這些缺陷或雜質能級會吸收光子能量發生電離或離化躍遷，從而直接影響透過率。目前經過各種工藝優化處理過的AZO薄膜在可見光范圍內的透過率已超過85%。

2.3 AZO薄膜電學性能表征[13]

電阻率常用電阻率測試儀進行測量，代表了AZO薄膜的導電性能好壞，電阻率越大，薄膜的導電性能越差，在滿足較高透過率的前提下其導電性能越高越好。載流子的遷移率常用霍爾效應檢測儀進行測量，它代表了在單位電場作用下載流子漂移的速率。載流子遷移率越大，導電能力就越強。載流子濃度與載流子遷移率是影響材料導電性能的兩個重要因素，因為濃度代表載流子的數量，而遷移率代表的是載流子遷移速率。除此之外，為了表征薄膜導電性能還引入了方塊電阻的概念。方塊電阻常用四探針儀進行測量，即指一個正方形的AZO導電薄膜兩個對邊間的電阻，它的大小與電阻率存在關系Rs=ρ/t(其中ρ為塊材的電阻率，t為塊材厚度)，但與樣品尺寸無關，僅與導電膜的材料種類及厚度等因素有關。它不僅表征了膜層的致密性，同時表征對熱紅外光譜的透過能力，方塊電阻測量數值愈大，則隔離熱紅外性能越差，方塊電阻測量數值愈小則隔離熱紅外性能越好。

2.4 AZO薄膜的綜合性能表征

導電性能只是AZO薄膜性能的一個方面，當導電性能存在最優值時，光學性能不一定是最優值，兩者存在一個最優化的關系。為了表征透明導電薄膜的綜合性能，引入了品質因數(Φ)的概念：Φ=T10/Rs，其中T為透過率，Rs為方塊電阻。品質因數越大，代表透明性和導電性能的綜合性能越好。

3 AZO薄膜設計的理論基礎

3.1 單層AZO薄膜的結構和光電理論基礎

3.1.1單層AZO薄膜的結構及其光學理論基礎 光學薄膜在實際應用過程中要求具有較高的透過率，一般單層AZO透明導電薄膜以玻璃為襯底，其結構如圖1所示。

圖1 單層AZO薄膜結構及其光路示意圖Fig.1 Structure of single AZO layer and optical paths diagram

為了保證光學透過率，通常設計成寬波增透膜(ARC)來減少反射率，如圖1所示，當光線穿過AZO膜時，在其為入射光波的二分之一波長的奇數倍時產生干涉相消作用，透過率得以提高。根據菲涅爾公式可知，單層AZO薄膜的反射率[14]為：

T=1-R-A

式中，θ1為入射角，d1為薄膜厚度，A為吸收率。

AZO薄膜的反射率和透射率與薄膜的折射率及薄膜厚度有很大的關系。由于AZO薄膜作為透明導電薄膜，必須要有較好的透過率，因此需要控制外部條件，得到適當厚度和折射率，以便改善薄膜的光學性能。

3.1.2單層AZO薄膜電學理論基礎 AZO薄膜導電原理如圖2所示。當Al進入ZnO中時，由于Al原子和Zn原子大小相近，故大部分Al原子會去替代Zn原子，Al的最外層有三個電子，其中兩個電子會與O成鍵，而剩余的一個電子的能級位于靠近導帶底附近的禁帶中，容易脫離原子核的束縛成為自由移動的載流子。在外加電場作用下，載流子會定向移動，從而產生電流。

圖2 單層AZO薄膜能級結構Fig.2 Energy level structure of single AZO layer

實際應用時AZO薄膜要有良好的導電能力，需要考慮AZO薄膜的電阻Rd。根據電阻的決定式：Rd=ρ·l/s，其中ρ為電阻率，l為長度，s為橫截面積。由于固定襯底不變，當薄膜均勻時，Rd的大小主要與電阻率以及薄膜的厚度有關。隨著電阻率的增加，薄膜電阻增加，而厚度增加，電阻會減小。因此要獲得高導電能力的AZO薄膜，需要控制外界條件，使之有適當的厚度以及電阻率。但由于條件的不同會使薄膜的均勻性有所不同，薄膜的實際電阻與理論值會有所偏差。

3.2 多層AZO薄膜的結構和光電理論基礎

3.2.1多層AZO薄膜的結構及其光學理論基礎 以對稱型結構為例的AZO薄膜，如圖3所示，一般設計為上下兩層為AZO薄膜，中間層為金屬層。

圖3 多層AZO薄膜結構Fig.3 Structure of AZO multilayer

與單層AZO薄膜相似，如果要保證薄膜足夠的透過率，也需要設計成高透膜。根據光學矩陣方法[15]可知，光垂直入射的情況下，多層膜的光學導納表示襯底與膜層組合的特征矩陣：

其中ns為膜系中最內層的折射率，nr為膜系中最外層的折射率。多層膜和基片的組合導納為Y=C/B，最終透射率T和反射率R分別是：

透射率T和反射率R是反映薄膜光學特性的兩個重要參數。金屬中的自由電子可吸收光能，使得光振幅急速衰減，導致光進入金屬介質后反射光、折射光的相位都發生變化，使得實際結果與理論值有一定的差距。

3.2.2多層AZO薄膜的電學理論基礎 圖4為對稱結構的AZO薄膜的能級結構圖。單層AZO薄膜的多數載流子是鋁原子替代鋅原子后最外層提供的電子，由于Al原子的含量一定，提供的電子也有一定的限制。而對于多層AZO薄膜，中間金屬層的加入，有助于電子向導帶注入，使載流子濃度增加，達到提高導電能力的目的。

同樣多層薄膜也需要考慮其導電性能。多層膜總電阻可以看成是三個獨立的電阻并聯[16]的結果，即：

根據電阻的定義：Rd=ρ·l/s，可以得出三層結構的AZO薄膜的電阻為：

對于對稱結構的薄膜有：

多層薄膜的電阻不僅與AZO薄膜的厚度及電阻率有關，還與金屬層的電阻率及其厚度有關。除此之外，由于金屬層的電阻率相對較小，使得金屬層很大程度上影響了薄膜的電學性質。

圖4 多層AZO薄膜的能級結構Fig.4 Energy level structure of AZO multilayer

4 影響AZO透明導電薄膜性能的因素

對AZO透明導電薄膜性能影響因素的研究有很多，大致可分為兩個方面，一方面是對單層AZO薄膜的研究，另一方面是對雙層以及多層復合薄膜結構的研究。大部分是以實驗條件及復合膜各膜層對材料性能的影響規律為重點展開研究，以便獲得綜合性能更好的AZO基透明導電薄膜材料。

4.1 單層AZO薄膜性能的影響因素以及研究現狀

通過控制變量法尋找最佳的制備條件，是研究單層AZO薄膜的主要方法。影響AZO薄膜性能的因素有很多，如：襯底溫度、靶基距、退火氣氛、濺射功率等。

4.1.1襯底溫度對單層AZO薄膜的影響 以磁控濺射法[17]制備AZO薄膜為例，襯底溫度是影響其性能的重要因素。Y.Chen等[23]在不同的溫度下制備AZO薄膜，發現隨著襯底溫度升高，晶粒尺寸變得更大，晶粒尺寸分布變得更均勻，禁帶寬度增加，而平均透過率達到90%以上。其他人的研究也得到了相應的結論。結果見表1所示。

通過分析可知，隨襯底溫度的升高，吸附原子的擴散能增加，促使較小的晶粒合并成較大的晶粒，平均晶粒尺寸增大，壓應力逐漸減小，進而減少了晶粒和晶界的缺陷，提高薄膜的結晶度[21]。同時襯底溫度升高，襯底原子所具有的能量增加，濺射原子從襯底原子中獲得更多的能量，使濺射原子遷移速率增加，這有利于沿c軸方向垂直基片的晶粒生長，結晶度增加。而結晶度的增加，使晶格散射減少，平均自由程增加，遷移率增加，透過率增加，電阻率下降。

但是，襯底溫度過高又會帶來不良的影響。一方面過高的襯底溫度會使AZO薄膜發生分解，薄膜結晶狀態急劇劣化，缺陷增加，晶界勢壘增加，載流子濃度減少，電阻率增加。另一方面襯底溫度過高會引起AZO薄膜表面的漫散射增強，以及自由電子氣對光子的吸收增強，使透過率急劇下降。

4.1.2襯底材料以及緩沖層對單層AZO薄膜的影響 襯底材料以及緩沖層的使用也對AZO薄膜的性能有很大的影響，原因主要有三個：

(1)襯底材料和AZO薄膜的晶格常數不同，導致晶格失配，殘余應力過大，使AZO薄膜出現起皮，裂紋。

(2)襯底與AZO薄膜的熱膨脹系數不同，會使AZO薄膜受溫度的影響較大，限制其使用范圍并影響其壽命。

(3)同種材料襯底結構的不同，可能會導致襯底對薄膜的應力，襯底對氧的吸附能力以及AZO薄膜生長所需的自由能有所不同，使制備出的薄膜性能出現較大的差異。

針對這些問題，研究人員提出了三種解決方案：

(1)找出性能最優的襯底材料更換之[22]。當兩種襯底材料的透過率以及電阻率相近時，晶格匹配度越高，熱膨脹系數越相近，生長的薄膜會越均勻，其光學和電學性能也會更好。

表1 襯底溫度對AZO薄膜性能的影響 Table 1 Effect of temperature on AZO thin films properties

(2)增加緩沖層。引入緩沖層可以改善AZO薄膜與襯底之間的晶格失配，使晶界減少，薄膜的缺陷減少，對光的散射和吸收減少，光的透射率增加。Y. Chen等[23]利用射頻磁控濺射的方法分別在ZnO緩沖層及Si襯底上生長AZO薄膜，通過SEM圖像分析可知，加入緩沖層后的AZO薄膜表面比較粗糙，而且具有較好的c軸優先生長取向。因為ZnO緩沖層釋放了殘余應力，AZO結晶質量也得到了提高，其晶粒尺寸(18.4nm)也大于無緩沖層的AZO的晶粒。其他研究者也對此問題做了研究，結果如表2所示。

表2 不同緩沖層上濺射的AZO薄膜性能

(3)改變原有的襯底結構，如對襯底做多孔處理。M. Naddaf等[24]分別在GaAs以及處理過的多孔GaAs上制備AZO薄膜，發現使用多孔GaAs為襯底的AZO薄膜，As向薄膜中的擴散能力增強，并觀察到Zn3As2衍射峰，同時位錯密度增加。與GaAs相比，使用多孔GaAs結構的襯底，對發光性能影響較大。

4.1.3Al摻雜濃度對AZO薄膜的影響 根據Burstein-Moss禁帶效應：

其中me是電子有效質量，e是電子電荷，n為載流子濃度。禁帶寬度與載流子的濃度有關，隨著Al濃度的增加，禁帶寬度增加，紫外吸收波長藍移，同時電子濃度增加，電子遷移率增加。但濃度過高，過量的Al原子被離析到晶粒外，邊界缺陷增多，引入缺陷能級增高，從而導致禁帶寬度變窄，吸收峰會發生紅移，并且易形成Al2O3團簇，導致載流子濃度減少，遷移率減小。

因此，選擇合適的Al濃度對制備高質量的AZO薄膜來說非常重要。Jeong等[26]實驗發現AZO薄膜的禁帶寬度先增加后減小，當Al含量為4wt.%時，禁帶寬度最大。王志勇等[27]采用聚丙烯酰胺凝膠法制備Al摻雜ZnO(AZO)前驅體，發現當Al摻雜濃度為5.5%(摩爾分數)時，紫外吸收波長最短，達367nm(3.38eV)，禁帶寬度的變化與Jeong等的結果是一致的。對于Al濃度的影響，其他人也對其進行了研究，結果如表3所示。

4.1.4退火對AZO薄膜的影響 后續處理操作對AZO薄膜的性能也有很大的影響。常用的方法是進行退火處理，其影響主要表現在：

(1)適當的退火有助于釋放AZO薄膜中的殘余應力，使薄膜在襯底上有良好的附著力，改善AZO薄膜的結構。

(2)適當的退火有助于Al的擴散，使載流子的濃度增加，提高其導電能力。同時載流子濃度增加還會使費米能級進入導帶，禁帶寬度會發生改變，吸收邊藍移，影響其光學性能。

(3)但過度的退火會使AZO薄膜表面發生降解，破壞它的表面結構，使性能變差。

因此，主要從以下幾個方面控制退火工藝：

①退火溫度。P. Prepelita等[29]制備了不同厚度(30nm/50nm/400nm)的AZO薄膜，然后在700℃的條件下退火90分鐘。通過XRD分析發現，退火后的所有樣品都有多晶結構，并且結晶度以及薄膜晶粒尺寸隨膜厚度而增長。隨厚度從30nm增長到400nm，光學禁帶從 3.36eV增加到3.45eV。很明顯，薄膜本身的厚度不同，退火對它的影響也會不同。除此之外，葉蕓等[30]也對溫度因素做了研究，結果發現隨著退火溫度的升高，AZO薄膜的表面粗糙度增大，AZO薄膜的結晶度變好。

表3 摻Al濃度對AZO薄膜性能的影響

②退火時間。Boubakeur Ayachi等[31]在保證其他條件不變的情況下，通過改變退火時間(分別為30s，1min，2min，3min)，研究AZO薄膜性能的變化。結果顯示：在400℃的 N2-H2氛圍中退火30s可獲得高質量的AZO薄膜。退火30s的樣品，電阻率從1.7×10-3Ωcm降低到5.1×10-4Ωcm，光學透過率從73%增加到86%，其空間電阻率分布都比較均勻。但是退火1min后，AZO薄膜表面發生降解，電阻率又會增加。

③退火的氣體氛圍。孫超群，屈少華等[32]研究了不同退火氣氛對薄膜電學性能的影響。用氧化性氣氛(空氣)退火時薄膜的方阻大于1OΩ/sq，超過四探針測試儀的量程。而用還原性氣氛(真空氛圍)由于薄膜內部施主缺陷氧空位(Vo)和間隙鋅(Zni)濃度的增加，退火處理過的AZO薄膜的導電性能有很大的提高。

4.1.5其他因素對AZO薄膜光電性能的影響 還有其他影響因素，如靶基距[33]、靶材的侵蝕程度[34]、濺射功率[35]、氣體氛圍[36]、工作壓強[37]、Ar氣以及頻率[38]、AZO薄膜顆粒形態[39]等。表4列舉了一些文獻中對這些因素的研究情況。

表4 其它若干因素對AZO薄膜性能的影響

4.2 多層復合AZO薄膜性能的影響因素

除了設法提高AZO薄膜的導電性能、可見光透過性能外，在太陽能電池的應用中還需要考慮其紅外吸收的能力等，因而采用多層復合結構的AZO薄膜[40]，如：

(1)與金屬層復合。金屬層可以提供自由電子，提高載流子的濃度，從而提高AZO薄膜的導電性。

(2)與其它透明導電薄膜復合。兩種薄膜之間的晶界效應，表面狀態，載流子濃度，晶格匹配，以及熱匹配等都會影響AZO薄膜的性能。

對AZO薄膜多層結構尤其是三層結構的研究為提高其性能提供更廣大的研究空間，也是現今AZO薄膜的重點研究方向之一。根據結構的對稱性，大致可分為兩類，一類是對稱結構，另一類是非對稱結構。下面對這兩種結構性能的影響因素分別進行表述。

4.2.1對稱結構的多層AZO薄膜 對于對稱結構的多層AZO薄膜，影響其性能的因素主要有AZO薄膜的厚度和中間金屬層的厚度。

4.2.1.1 中間金屬層對AZO薄膜的影響 中間層一般選擇Au，Ag，Al，Mo等導電能力較好的金屬，因為這有助于提高薄膜的導電性能。金屬層的厚度對性能的影響主要表現在：

①適當的金屬層可以為AZO薄膜提供更多的載流子，降低電阻率，對薄膜的透過率的影響不大。

②由于金屬的透過率較差，當金屬層太厚時，會嚴重影響透過率。

Chien Hsun Chu等[41]制備了AZO/Au/AZO薄膜，結果顯示： Au層不會改變AZO薄膜的六角纖鋅礦結構，隨著Au層的厚度增加，Au層由不連續變得連續，結晶質量變好，載流子濃度從9.735×1021cm-3增加到4.563×1022cm-3，電阻率從2.85×10-4Ωcm降低到1.01×10-5Ωcm。但是由于Au的透過率比較小，隨著Au薄膜厚度的增加，透過率先增加后減小，最高透過率達到86.18%。當Au層厚度為8nm時，品質因素最大為9.69×10-3Ω-1，電阻率為9.73×10-5Ωcm，載流子濃度為2.385×1022cm-3。M. Melvin David Kumar等[42]制備了AZO/Ni/AZO三層結構，發現隨著Ni層厚度的增加，其品質因數從0.375×10-4Ω-1增加到1.85×10-4Ω-1，綜合性能得到了優化，與Chien Hsun Chu得到的結論一致。

4.2.1.2 AZO層厚度對多層結構的影響 除了金屬層的影響外，AZO薄膜的厚度[43]也對其有較大的影響。M. Melvin David Kumar等[44]制備了AZO/Ni/AZO三層結構，發現隨著AZO層厚度的增加，其品質因數下降，電阻率上升，遷移率下降。Tien-Chai Lin等[45]制備了AZO/Cr∶Cu/AZO三層結構的薄膜，控制中間層不變，得出隨著AZO薄膜厚度的增加，吸收邊發生紅移，透過率先增加后降低的結果。并且當AZO薄膜厚度為116nm時，透過率最大，達到85%，其方塊電阻逐漸降低，品質因數先增加后減小；當厚度為116nm時，綜合性能最好，達到3.53×10-3Ω-1。

其主要原因為：①AZO薄膜厚度太小時，AZO晶粒分布呈島狀分布，不連續，結晶質量較差，金屬層受到AZO薄膜的影響較嚴重，會使電阻率變高，遷移率下降，對光的散射能力較強。②隨著AZO薄膜的增長，晶粒逐漸變得連續，薄膜的均勻性變好，金屬層能夠有效地附著在AZO薄膜上，電阻率有所下降，對光的散射降低，透過率有所提高。③AZO薄膜的厚度過大時，會使光的透過率下降，電阻率有所提高。

4.2.2非對稱結構的AZO多層薄膜 將FTO以及ITO等具有優良性能的透明導電薄膜，與AZO薄膜復合得到非對稱結構的AZO多層復合薄膜，由于晶界效應以及其他薄膜固有的特點，可以更有效地提高AZO薄膜的性能。Naifei Ren等[46]制備了AZO/Ag/FTO三層結構的薄膜，結果顯示，隨著AZO層厚度的增加，禁帶寬度增大，但平均透過率先增加后減小，方塊電阻逐漸減小，品質因數先增加后減小，此時方塊電阻達4.2Ω/sq。M. Melvin David Kumar等[44]分別制備了三層結構的ITO/Ni/AZO以及兩層結構ITO/AZO薄膜，發現Ni層對光電性能也有較大的影響，加入Ni層后薄膜的電阻率從97.9×10-4Ωcm減小到5.51×10-4Ωcm，方塊電阻從1025Ω/sq降低到58.5Ω/sq，品質因數從9.2×10-5Ω-1升高到5.6×10-4Ω-1，并且提高了器件的光響應能力。

5 AZO薄膜的應用

5.1 AZO薄膜在太陽能電池中的應用

AZO薄膜因具有較高的透過率，較低的電阻率，較好的光俘獲能力而使它在太陽能電池的應用上存在較大的優勢[47-48]，但是如何優化結構以提高太陽能電池的性能還存在許多問題。Guo-Sheng Lin等[49]人研究了不同刻蝕劑刻蝕制備的AZO薄膜，HNO3刻蝕的AZO薄膜的太陽能電池的短路電流比自然生長的AZO薄膜增大16.2%,轉換效率更是達到20.2%。除了制備絨面的AZO薄膜之外，多層復合結構的AZO薄膜由于其較高的光子復合能力等，在提高太陽電池的效率方面也展現出了廣闊的應用前景。

5.2 AZO薄膜在智能窗戶中的應用

除了在太陽能電池以及平板顯示器中應用外，AZO薄膜還在智能窗戶中得到應用。AZO薄膜與其他薄膜的復合結構，可以有效地解決智能窗戶材料存在輻射較高，透過率較低等問題。例如Xinhong Chu等[50]制備出了VO2/AZO復合結構，有效地解決了VO2薄膜缺少保溫功能，相變溫度太高等問題，并使相轉變質量明顯提高，同時輻射率達0.66，低于VO2薄膜0.9的輻射率。將智能窗戶材料與AZO薄膜復合，提高其本身的性能，是AZO薄膜研究的方向之一。

5.3 AZO薄膜在隔熱材料中的應用

高近紅外反射率的AZO薄膜能應用于材料外表面，可以反射近紅外光，使之隔離部分輻射能量以及降低材料內表面溫度，能夠解決物體表面過熱以及裝備容易被紅外探測裝備檢測等問題。因此制備高紅外反射性能的AZO薄膜具有較大的意義。蘇達根等[51]用溶膠凝膠法制備了AZO薄膜，所得薄膜樣品的近紅外平均反射率達到35.73%，最高反射率達到46.99%，在2000nm附近最高紅外反射率達到40.38%。Dagang Miao等[52]也得到了紅外反射率高達18%的AZO薄膜，高于未鍍之前的性能。通過其結果可見，AZO薄膜的高的紅外反射率使之具有更廣闊的應用前景。而研究影響其紅外反射性能的因素，進一步提高其紅外反射性能，也是一個重要的研究的方向。

5.4 AZO薄膜的其他應用

除了這些方面，AZO薄膜優良的性價比，還使之在光致發光、場發射、平板顯示器件中成為備選材料，同時也使AZO薄膜有更多的實際應用方向以及更廣闊的應用前景。

6 結 論

近年來AZO薄膜已經得到快速發展，尤其在單層AZO薄膜的研究上更是達到了一個新的水平。而且從研究單層AZO薄膜結構上升到雙層甚至多層的結構，更是顯著提高其光電性能。除此之外， AZO 薄膜較高的性價比，成熟的制備技術，使其得到越來越多的人青睞。

雖然對AZO薄膜可見光的高透過率以及低的電阻率的性能及其影響因素的研究比較多，但對AZO薄膜的其他性能，如紅外及紫外性能影響因素以及內部機制，熱穩定性等方面的研究還相對較少，這些方面也限制了AZO薄膜的使用。AZO薄膜還具有自身的發光性能，由于內部結構及缺陷使其具有發光帶，這也為其在無機發光器件中的應用提供了可能。如何獲得控制條件，優化結構，以獲得更好的發光性能，這方面的研究還比較少，都是有前景的研究方向。AZO薄膜從問世以來，一直在不斷地發展進步，相信在廣大科技工作者的努力下，該領域會實現更大的突破。

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