3.1　IMO薄膜的研究現狀和主要制備方法

TCO層是薄膜太陽能電池中非常重要的組成部分，TCO材料的性質直接影響著太陽能電池的性能優劣。目前，廣泛應用于太陽能電池的TCO材料主要有ITO和AZO等。作為太陽能電池的窗口層，TCO材料需要具有較低的電阻率，同時在盡可能大的光波長范圍內具有較高的透射率。在短波長區域，TCO材料的透射率主要受材料的禁帶寬度影響。在長波長區域，TCO材料的透射率主要受自由載流子等離子體共振影響，而這一共振的頻率又受TCO材料的載流子濃度影響［34］。較高的載流子濃度有益于降低材料的電阻率，但會使得材料的長波長區間的透射率降低。此外，如果可以提高載流子的遷移率，則可以在不降低長波長透射率的前提下降低TCO材料的電阻率。

近些年，IMO（In2O3：Mo）薄膜因其良好的材料性質引發了研究者的關注。研究發現IMO材料具有較高的遷移率（＞50 Cm2/（V·s）），同時具備較低的電阻率和較高的透射率［35-37］。常見的IMO薄膜的制備工藝和得到的IMO薄膜的性質參數有以下四個方面。

3.1.1　蒸發（Evaporation）

在2001年，Meng等人首次報道使用熱反應蒸發（thermal reactive evaporation）的方法制備了IMO薄膜［38］。研究人員使用獨立的In源和M oO3源，在純O2的氣氛下蒸發制備了IMO薄膜。得到的IMO薄膜在可見光波長范圍內具有大于80%的透射率。同時，IMO薄膜還表現出了良好的電學性質，電阻率為1.7×10-4Ω·cm，Hall遷移率大于80cm2/（V·s）。

Sun等人在2005年使用高密度等離子體蒸發（High-Density Plasma Evaporation）制備了IMO薄膜［39］。不同于Meng之前的報道，在此研究中使用的是MoO3與In2O3燒結的單個靶材，其中MoO3所占質量比為1%。IMO薄膜沉積在玻璃襯底上。制備好的IMO薄膜的遷移率達到75.8cm2/（V·s）。

3.1.2　脈沖激光沉積（Pulsed Laser Deposition）

脈沖激光沉積法（PLD）是近些年發展起來的一種用于制備高質量薄膜的技術。2003年，Ginley的研究小組報道了使用這種方法制備的IMO薄膜［36］。實驗中使用的襯底為玻璃襯底和YSZ（Yttria-Stabilized Zirconia）襯底，襯底溫度維持在500℃。沉積之后，薄膜在管式爐內進行退火處理。實驗制備出的IMO薄膜最高遷移率為99cm2/（V·S），相應的電導率為3717S/cm（電阻率2.69×10-4Ω·cm）。

Gupta等人使用PLD方法制備出了具有非常高遷移率的IMO薄膜［40］。實驗中使用石英作為襯底材料。實驗采用的靶材為MoO3與In2O3的混合靶材，其中Mo的含量為2wt.%。沉積在O2的氣氛進行，制備出的IMO薄膜的載流子遷移率最高達250cm2/（V·s），電阻率為6.7×10-5Ω·cm。

3.1.3　濺射（Sputtering）

2003年，Yoshida等人報道了采用射頻磁控濺射法制備的IMO薄膜［41］。實驗中使用的靶材組分為96wt.%的In2O3和4wt.%的Mo金屬。IMO薄膜在玻璃襯底上生長，制備得到的最大載流子遷移率為44cm2/（V·S），略低于采用其他方法制備的IMO薄膜。一年之后，這個研究小組改進了制備工藝，將IMO薄膜的載流子遷移率提高到大于80cm2/（V·S）［42］。

2005年，Li的研究小組采用反應直流磁控濺射的方法制備出了IMO薄膜［43］。與Yoshida的研究類似，實驗采用的靶材同樣為摻有Mo金屬的In2O3靶材。研究得到的IMO薄膜的載流子遷移率為50cm2/（V·S），可見光范圍內薄膜的平均透射率為80%。

2006年，Hest等人同樣使用射頻磁控濺射的方法制備了IMO薄膜［37］。不同的是，在本研究中采用的是共濺射的方法，使用的靶材為In2O3和MoO3。IMO薄膜濺射沉積在玻璃襯底上，得到的最大遷移率為65.3cm2/（V·s）。同時，研究人員發現為了激活Mo摻雜提供載流子，襯底溫度至少需要300℃。

3.1.4　噴霧熱解（Spray pyrolysis）

Seo的研究小組在2005年報道了采用噴霧熱解方法制備的IMO薄膜［44］。研究人員將含有氯化銦和氯化鉬的溶液在高溫下噴涂在玻璃襯底上。使用這種簡單方法制備的IMO薄膜的最小電阻率為7.30×10-4Ω·cm，載流子濃度為4.98×1020cm-3。

2008年，Prathap等人使用類似的方法制備了IMO薄膜［45］。研究者觀察了不同的Mo摻雜濃度對IMO薄膜的影響，發現在Mo的摻雜濃度為6at.%時，IMO薄膜的性能最優。此時薄膜的電阻率為9.6×10-4Ω·cm，遷移率達到34cm2/（V·s）。