【摘 要】
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透明导电氧化物薄膜具有优异的光电性能,其种类主要有:氧化铟锡（ITO）和氧化锌铝（AZO）等。透明导电氧化物薄膜构成的透明p-n结器件具有导电性好和透过率高等特点,常被应用于太阳能电池透明电极、电致发光显示等领域。NiO作为透明导电氧化物薄膜材料之一,由于NiO具有特殊的电子结构特点,使其呈现出许多性质,尤其是在透明导电、电致变色等领域应用价值极高。在信息时代发展的今天,半导体器件需求日益增大,N
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透明导电氧化物薄膜具有优异的光电性能,其种类主要有:氧化铟锡（ITO）和氧化锌铝（AZO）等。透明导电氧化物薄膜构成的透明p-n结器件具有导电性好和透过率高等特点,常被应用于太阳能电池透明电极、电致发光显示等领域。NiO作为透明导电氧化物薄膜材料之一,由于NiO具有特殊的电子结构特点,使其呈现出许多性质,尤其是在透明导电、电致变色等领域应用价值极高。在信息时代发展的今天,半导体器件需求日益增大,NiO作为p型导电材料以及构建p-n结改善光电性能引起众多学者的极大关注。关于制备NiO的方法多种多样,本论文主要研究工作是以NiO作为p型材料,通过不同的方法择优制备NiO薄膜。选择二氧化钛（TiO2）和硫化镉（CdS）作为n型层。随后通过引入Mg O量子点、CdCl2薄膜作为过渡层,实现器件的光电转换的提升同时也具有较高的透明度。具体内容如下:（1）采用磁控溅射法,通过改变衬底温度下溅射相同厚度的NiO薄膜,研究形貌和性能最优的NiO薄膜。结果表明,当衬底温度达到150℃,所制备的NiO薄膜具有最优形貌。同时采用溶胶凝胶法,以乙酸镍作为溶质,二乙醇胺作为溶剂来制备NiO薄膜。结果发现,随着旋涂次数的增长,NiO薄膜的表面更加紧密,但结晶性较差。综合比较,择优选取磁控溅射法制备后续NiO薄膜,可与n型材料制备透明p-n结,改善光电性能。（2）以上述研究为基础,通过连续水热法制备TiO2纳米阵列和Mg O QDs,并将Mg O QDs旋涂到TiO2表面上,随后,利用磁控溅射法获得具有优异的结晶性和透明性的NiO薄膜,最终获得TiO2/Mg O QDs/NiO基p-n结薄膜。以银薄膜为电极,在电化学系统下进行光电转换测试。结果表明:所制备的NiO/Mg O QDs/TiO2基透明p-n结具有80%以上的透过率,并且由于Mg O QDs的引入加速了光生载流子输运和载流子的注入,使其光电转换性能相比于NiO/TiO2时提高了约300倍,且在3000 s的循环期间稳定性较好。主要原因是其量子效率高以及Mg O QDs可以提升载流子的输运能力,同时可以从微观上面进行改善p-n结界面,从而在确保透明的同时提高光电转换效率。（3）以水热法制备CdS纳米阵列和水解法制备CdCl2溶液,并通过旋涂在CdS纳米阵列上制备CdCl2薄膜。随后,利用磁控溅射法在CdCl2/CdS结构上制备NiO薄膜,最终获得NiO/CdCl2/CdS基p-n结材料。结果表明,在具有75%以上透过率的前提下,CdCl2的引入使CdS/NiO基p-n结薄膜的光电转换性能提高了约～3.6×10~4倍,其原因主要归因于CdCl2可以提供大量的光生电子和提高的光生载流子输运。
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