【国际论文】β-氧化镓的结构和光学特征

        近日，由南非比勒陀利亚大学的研究团队在科学期刊《Journal of Materials Science: Materials in Electronics》中发表了一篇名为Structural and optical characterization of beta-gallium oxide（β-氧化镓的结构和光学特征）的文章。

摘要

        对廉价太阳能电池的需求促使研究人员开始采用不复杂、低温、无真空的薄膜沉积工艺，如喷雾热分解和溶胶-凝胶旋涂。以往对 β-Ga₂O₃ 薄膜沉积的研究使用的是硝酸镓水溶液，这种溶液极易形成氢氧化物沉淀。这会导致喷雾喷嘴堵塞。为了避免沉淀，本研究使用四羟基镓酸 (III) 铵作为合成 β-Ga₂O₃ 的新型前体。在喷雾热分解技术中，前体在 200 ℃、载气压力为 200 kPa 的条件下沉积在蓝宝石衬底上。旋涂法使用了相同的前体，并添加了单乙醇胺以提高粘度。在 750 ℃ 的环境空气中对薄膜进行后退火，可获得多晶的 β-Ga₂O₃ 结构。厚度为 165 至 354 nm 的旋涂薄膜的平均晶粒大小为 17.78 nm，光带隙在 4.80 eV 至 4.95 eV 之间。喷雾热分解产生的薄膜厚度在 158 至 255 nm 之间，平均晶粒大小为 17.55 nm，带隙在 4.69 eV 至 4.93 eV 之间。拉曼光谱检测到了 Ag 和 Bg 的分子振动模式，其中有三次蓝移和两次红移。薄膜显示出的紫外蓝色区域源于晶格中的氧和镓空位，这是良好光电探测器的重要特征，也是太阳能电池钝化的关键。当使用 β-Ga₂O₃ 作为介电涂层时，空气和太阳能电池之间的折射率会降低，从而增强太阳能的吸收。两种合成技术都获得了类似的结果，证实了这些方法的可靠性。

图.1. 旋转涂层步骤：a 溶液沉积，b 旋转器加速，c 溶液以恒定角速度连续扩散，d 溶液蒸发和薄膜变薄

图.2. 喷雾热分解装置示意图

原文链接：https://doi.org/10.1007/s10854-023-11643-9