论文部分内容阅读
透明导电氧化物(TCO)薄膜是一种新型的半导体光电子功能材料，具有较高的禁带宽度，显现出紫外线截止、可见光高度透明、红外高度反射及较低的电阻率等特性。目前，透明导电氧化物薄膜主要包括SnO2，Al2O3、ZnO及上述氧化物的掺杂体系。氧化锌(ZnO)是一种具有六角纤锌矿结构的氧化物半导体材料，具有优异的光电性能，在透明电极、平面显示器、太阳能电池等领域应用广泛。未掺杂的ZnO材料远不能满足这些光电器件研制的要求，因此必须通过掺杂来调整ZnO材料中的载流子浓度，从而调节或改善其性能。其中，氧化锌(ZnO)掺杂铝形成掺铝氧化锌(AZO)纳米薄膜已成为透明导电薄膜领域的研究热点。它不仅原料丰富、价格便宜、无毒，而且具有很好的光电特性。但是随着铝掺杂量的增加，其紫外截止边蓝移，这对于制作紫外检测器件十分重要，然而对于期望制作屏蔽紫外的器件如节能视窗和节能型的建筑玻璃等设计是不利的，所以最近人们通过共掺杂来改善它的性能。本论文概述了氧化锌的基本性质，各种制备薄膜的方法，综述了AZO薄膜的国际国内研究现状，选用一种环境友好、适于工业生产的AZO薄膜制备方法一溶胶-凝胶浸渍提拉法。 本文以乙二醇单甲醚为溶剂，二水合乙酸锌为前驱体，单乙醇胺为稳定剂，九水合硝酸铝和六水合硝酸铈为掺杂剂，采用溶胶-凝胶法提拉制得透明Ce-AZO薄膜。主要研究了掺杂浓度(0％-6％)、退火温度(450℃-800℃)、pH、拉膜层数以及陈化时间对薄膜晶体结构及透射率的影响。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X光电子能谱(EDS)、PL、UV-Vis等对制备的Ce-AZO薄膜进行了表征。 实验结果表明，所得Ce-AZO薄膜具有六方纤锌矿结构，Ce-AZO薄膜表面光滑平整致密，晶粒均匀，粒径为30nm左右。掺杂量和退火温度，pH，镀膜层数能显著影响薄膜的结晶质量、表面形貌和光学性能。Ce-AZO薄膜在可见光区的平均透过率均在85％以上；当Al掺杂浓度为4％，Ce掺杂浓度为2％，pH值为7.1，退火温度为450℃时Ce-AZO薄膜在500nm-700nm的透过率达到92％，甚至超过了空白玻璃，在300nm-350nm平均透过率只有2％，这个条件下的薄膜光学性能是最优的。虽然关于掺杂ZnO薄膜的制备、性质和应用的报道很多，但是在隔热，节能视窗方面的报道不多。在这之前未见Ce-Al共掺杂ZnO(Ce-AZO)透明薄膜的研究报道，所以有很大的应用前景。