尹 媛,杨 英,王 玉,王 萌

(宝鸡文理学院 物理与光电技术学院,陕西 宝鸡 721016)

一直以来,双钙钛矿氧化物被认为是很好的太阳能材料[1-2]。由于具有较好的载流子迁移而被用作电极导电,这类材料被称为“透明导电氧化物”(TCO's, Transparent Conductive Oxides)[3]。许多宽禁带(>3 eV)的二元金属氧化物,包括氧化锌(ZnO,3.4 eV)[4]、氧化锡(Sn2O,3.92 eV)[5]和二氧化钛(TiO2,3.2 eV)[5]等,均可透过大部分可见光。这些材料在其导带部分一般会产生自由载流子中心,这样费米能级的位置就会上升至导带部分,从而产生较好的电子迁移,同时电子的有效质量也非常小。因此,这些宽禁带的二元金属氧化物通常在器件的应用中作为n型TCO's。然而,由于O的2p电子局域在价带部分使价带顶非常平坦,这样空穴有效质量就会非常大,不利于空穴的迁移,如此一来,这些材料的p型特征远不如n型[6-7]。

迄今为止,为了实现宽禁带金属氧化物的p型导电,研究者已经做出了很大的努力,比如对纯的金属氧化物进行退火处理产生空位缺陷,或者向其中进行掺杂产生替位或者间隙缺陷来提高空穴的导电性,即缺陷能级必须为浅能级[7-8]。可惜的是,这些努力并没有实现p型导电这一目标。比如,对于常见的ZnO基TCO,通常向其中掺入三价的阳离子(Al,Sn,In)来取代二价的Zn原子产生替位缺陷AlZn和SnZn,这些缺陷都是浅施主能级,因而可以作为很好的n型半导体[9-10]。但是要实现ZnO基TCO的p型掺杂,只能向其中掺入正一价的阳离子(K,Na),但由于K和Na的离子半径远小于Zn的离子半径,掺入晶体中的K和Na不会产生对Zn的替位缺陷,相反很容易产生其间隙原子缺陷Ki和Nai,如此一来,Ki和Nai又会引入具有n型特征的施主能级,而不是具有p型特征的受主能级。当……