衬底温度对PLD方法制备的ZnO薄膜的光学和电学特性的影响

利用脉冲激光沉积法(PLD)在c面蓝宝石衬底上制备了ZnO薄膜并对其进行了X射线衍射(XRD)、反射式高能电子衍射(RHEED)、光致发光(PL)谱和霍尔(Hall)测试.RHEED和XRD分析表明,温度在350℃至550℃之间时,ZnO薄膜的结晶质量随着衬底温度的升高而提高,当衬底温度进一步升高后,ZnO薄膜的结晶质量开始下降.四个样品中,衬底温度为550℃的样品具有最清晰的规则点状RHEED图像和半高宽最窄的(0002)衍射峰.PL谱和Hall测量的结果表明,衬底温度为550℃的样品还具有最好的发光性质和最大的霍尔迁移率.     

不同基底对电沉积制备ZnO纳米棒薄膜 光电转换性能的影响

选取不同的导电支撑物(FTO、ITO、不锈钢网、Ni网)作为基底,在其表面采用相同的电沉积参数制备得到ZnO纳米棒薄膜,详细探讨了不同基底物理化学性质对ZnO基光阳极形貌及光电性能的影响.研究表明:以ZnCl2与O2为前驱体,分别在未做预处理的空白FTO、ITO、Ni网、不锈钢网上施加-1.0 V的沉积电位,反应3600 s后均可得到棒状结构的ZnO纳米薄膜,但纳米棒的直径、密度以及结晶性相差较大.经紫外漫反射测试发现,虽然各基底上ZnO纳米薄膜对太阳光的响应范围相一致,但玻璃基底相较于柔性金属网基底具有较小的禁带宽度,电子跃迁所需能量较小.此外,I-V测试结果表明基于玻璃基底的ZnO基DSSC相较于柔性金属丝网基光阳极具有较大的光电转化效率,最高可达0.38;.     

电沉积制备的ZnO薄膜在染料敏化太阳能电池中光电性能的研究

采用阴极电沉积法在导电玻璃基体上制备了ZnO薄膜,研究了工艺条件对ZnO薄膜在染料敏化太阳能电池(DSSC)中的光电性能的影响.通过热分析(TG-DTA),X射线衍射(XRD)和电子扫描电镜(SEM)对ZnO薄膜的结构和形貌进行了表征.实验结果表明,电沉积制备的ZnO薄膜为纤锌矿结构,薄膜颗粒均匀,在DSSC中表现出较好的光伏性能.     

原子层沉积Sn掺杂ZnO薄膜结构及光电性能的研究

采用原子层沉积方法以臭氧为氧源,分别在Si和K-9玻璃衬底沉积Sn掺杂ZnO薄膜.系统研究了Sn掺杂浓度对ZnO薄膜成分、晶体结构及光电性能的影响.XRD分析表明:所制备SnZO薄膜具有垂直于衬底表面的c轴择优取向.XPS分析表明:在ZnO中掺杂离子以Sn4+形式存在.Hall分析表明Sn是一种有效的施主掺杂元素,其通过置换Zn2+位置释放导电电子.当Sn掺杂浓度为1.8at;时,Hall测试表明ZnO薄膜具有最低电阻率为9.5×10-4Ω·cm,载流子浓度达到最高值为3.2×1020 cm-3,进一步增加Sn浓度使得ZnO薄膜电学性能变差.SnZO薄膜在可见光区域的光透过率超过85;,光学带隙值由未掺杂ZnO的3.26 eV增加到5.7at; Sn掺杂时3.54 eV.     

射频溅射功率对ZnO透明导电薄膜光电性能的影响

采用磁控溅射技术在不同溅射功率下制备了ZnO薄膜.研究了薄膜的沉积速率、光电特性以及不同功率条件下制备的ZnO薄膜对HIT电池开路电压的影响.结果表明:在溅射功率为200 W时制备的薄膜,具有良好的导电性和光透过性;将其应用到HIT电池中,得到的开路电压最高.该研究对提高HIT电池性能具有一定的参考意义.     

热处理工艺对室温制备ZnO:Al薄膜结构与光电性能的影响

采用室温溅射加后续退火工艺制备了ZnO∶ Al透明导电薄膜.研究了热处理工艺对薄膜微观结构和光电性能的影响.研究表明:退火有助于减小Al~(3+)对Zn~(2+)的取代造成的晶格畸变,消除应力,促进晶粒长大,有效提高电子浓度和迁移率,降低电阻率;当溅射功率为80 W、退火温度为320 ℃时,薄膜的电阻率可低至8.6×10~(-4) Ω·cm;退火气氛对薄膜的导电性能有较大影响,真空退火可使吸附氧脱附,大大降低薄膜的方块电阻.而退火温度和退火气氛均对ZnO∶ Al薄膜的透光率没有明显影响,薄膜的透光率在86;以上.     

Mg,Sn共掺对ZnO薄膜光电性能的影响

采用溶胶-凝胶旋涂法在石英衬底上制备了不同Mg,Sn掺杂比例的ZnO薄膜,研究了不同Mg,Sn比例对ZnO薄膜微观结构、表面形貌和光电性能的影响及其内在机制.结果表明:Mg,Sn掺杂后薄膜仍保持六方纤锌矿结构并沿(002)方向择优生长,掺入2;的Mg后,晶粒有所长大,保持2; Mg不变,随着Sn的掺入,薄膜晶粒减小,但薄膜的致密度、表面平整度以及薄膜晶粒均匀性却有明显的改善;适量Mg,Sn掺杂,一方面,因Mg,Zn离子的金属性差异和Sn4+替位Zn2+晶格位置提供两个自由电子使薄膜载流子浓度增加产生Burstein-Moss效应,另一方面,因晶粒尺寸变小产生量子限域效应,薄膜禁带宽度增大,同时可见光透过率也有着明显提高;Mg,Sn共掺杂使薄膜结晶变好,载流子迁移率增大,同时载流子浓度上升,ZnO薄膜电阻率呈现较大幅度的下降.     

热处理对Al掺杂ZnO薄膜晶体结构及光电性能的影响

采用溶胶凝-胶法在普通玻璃衬底上制备了具有c轴择优取向的Al掺杂ZnO透明导电薄膜.实验中将热处理过程分解为预烧、空气退火和真空退火三个部分,研究了各个步骤对于ZAO薄膜晶体结构和光电性能的影响.结果表明, 500 ℃预烧550 ℃空气退火的薄膜,经过550 ℃,1×10-2 Pa真空退火后,其晶体结构和光电性能达到最佳,电阻率最低达到1.77×10-3 Ω· cm,可见光范围内的平均透过率约为85;.     

PLD制备的籽晶层对ZnO纳米棒形貌及性能的影响

本文研究了脉冲激光沉积法(PLD)制备的不同籽晶层对水热生长ZnO纳米棒的形貌及发光性能的影响,通过比较得出,籽晶层是获得高度取向,排列有序的ZnO纳米棒的基础.电子回旋共振(ECR)氧等离子体参与沉积,有利于获得表面均匀且光滑平整的籽晶层,进而得到形貌及结晶质量较好的ZnO纳米棒.籽晶层的厚度不仅能够改变纳米棒的疏密程度,而且还能够改善纳米棒的取向性.通过调节籽晶层的退火温度可以调节纳米棒直径的大小,恰当的籽晶层退火温度也是获得形貌优良的ZnO纳米棒的一个关键因素.     

Sn掺杂对ZnO薄膜结构和光电性能的影响

采用溶胶-凝胶浸渍提拉法在玻璃衬底上制备了Sn掺杂ZnO(SZO)薄膜。通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)研究了Sn掺杂对薄膜表面形貌和微结构的影响。XRD结果表明,所有ZnO薄膜样品都存在(002)择优取向。SEM结果表明随着掺杂浓度的增加,薄膜表面由颗粒向纳米棒转变。电学结果显示掺杂浓度为3at%时,电学性能最好,最低电阻率为6.9×10-2Ω.cm。室温光致发光谱(PL)显示所有的SZO薄膜样品在(325 nm光激发下)380 nm和398 nm两处都有发光峰,随着掺杂浓度的增大,398 nm处的发光强度先增大后减小,然后再增大;380nm处的发光强度始终增大,这些现象与薄膜的表面结构的变化有关。     

离子液体辅助溶胶-凝胶法制备ZnO:Al透明导电薄膜及其光电性能研究

采用溶胶-凝胶法,以离子液体为辅助溶剂,在玻璃衬底上制备了ZnO:Al(ZAO)薄膜.通过X-射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)和霍尔效应等测试手段,分析了不同Al掺杂浓度ZAO薄膜的微观结构、光学和电学性能.结果表明,所制备的薄膜为非(002)取向的多晶膜.随着Al离子掺杂浓度的提高,薄膜的(002)晶面取向增强,晶粒逐渐由片状向球形转变,电阻率先降低后升高.进一步研究发现,在还原气氛NH3下退火可显著降低薄膜的电阻率,Al掺杂浓度为1 mol;时,薄膜电阻率达到4.7×10-2Ω·cm,可见光透过率平均在80;以上.     

氧分压对化学气相沉积法合成ZnO纳米结构形貌的影响

本文利用化学气相沉积(CVD)法在镀有Au(10 nm)膜的单晶Si(100)上制备了ZnO薄膜,并研究了不同的氧分压对ZnO形貌的影响.借助扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对样品的形貌、结晶质量和晶体生长取向进行了表征.结果表明:当O2分压较小的时候,O2只能与Zn团簇的某些界面发生反应并逐渐结晶生成层状的ZnO微米团簇.当 O2分压较大的时候,ZnO通过二次生长形成由微米柱阵列和表面无序纳米线构成的分层复合结构,并且表面纳米线的密度随着氧分压的增加而增加.高分辨透射电镜(HRTEM)和选取电子衍射(SAED)分析表明,单根纳米线是沿[001]方向生长的ZnO单晶.     

衬底温度对Al掺杂ZnO薄膜结构及其光电性能的影响

利用溅射方法制备了Al掺杂ZnO(AZO)薄膜,探究了衬底温度对薄膜的形貌特征、结构和光电性能的调控.实验结果表明:衬底温度可以调控AZO薄膜的生长方式以及光电性能.随着衬底温度的升高,AZO薄膜从无规则的形状转变为球形并且其颗粒尺寸逐渐减小.XRD分析表明样品的结晶质量随着衬底温度的升高而变佳.透射光谱研究发现,在低衬底温度下,400 nm附近处有一吸收台阶,随着衬底温度升高,此吸收台阶消失,表明衬底温度影响着AZO内部的缺陷.电学性质研究表明随着衬底温度升高,AZO薄膜的导电性能也随着升高,电阻率从9×10-2 Ω·cm降到5×10-3 Q·cm.而其载流子浓度从6×1019 cm-3增加到2.2×1020 cm-3.     

Sn-Al共掺杂ZnO薄膜的制备及其光电性能

采用溶胶凝胶法在普通载玻片上制备了Sn-Al共掺杂ZnO薄膜(ZASO薄膜).利用XRD、扫描电子显微镜、霍尔测试仪、双电测四探针测试仪和紫外-可见分光光度计等设备,研究了Sn-Al掺杂浓度、预烧温度对氧化锌薄膜的晶体结构和光电性能的影响.结果表明:预烧温度为500℃,Sn、Al掺杂浓度分别为1.0at;时,得到的ZASO薄膜的综合光电性能最好,晶粒尺寸较大,方块电阻可达3.3 kΩ/□,光学透过率达92.9;.     

加磁场对GZO薄膜结构及光电性能的影响

采用射频磁控溅射法在玻璃基底上制备了Ga掺杂ZnO (GZO)薄膜,在传统磁控溅射系统中引入外加磁场,探究了磁场强度变化对GZO薄膜晶体结构和光电性能的影响.结果表明:所制得的GZO薄膜结构均为六角纤锌结构且在[002]方向沿C轴择优取向;外加磁场强度对薄膜的光电性能具有较大影响,在可见光范围内,薄膜的平均透光率超过93;,并出现了Moss-Burstein效应;薄膜的电学性能得到提升,其电阻率从4.96×10-3 Ω·cm降至3.17×10-4Ω·cm,霍尔迁移率从7.36cm2 ·V-1 ·S-1增至9.53 cm2·V-1·S-1.     

生长温度对L-MBE法制备的ZnO薄膜性能的影响

在蓝宝石C面上利用激光分子束外延(L-MBE)的方法,分别在250℃、300℃、350℃、400℃和450℃生长了高度C轴取向的ZnO薄膜.并进行了X射线衍射(XRD)、光致发光(PL)谱的分析.测试结果表明,较低温度时,随着生长温度的升高,薄膜的结晶及发光性能得到提高;但是当温度进一步升高,却有所变差.说明利用L-MBE系统制备ZnO薄膜存在一合适的温度范围,并对此机理进行了深入分析.