azo-fto双层膜的制备及抗还原性研究

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1、AZO/FTO双层膜的制备及抗还原性研究第1章绪论1.1课题背景能源是人类社会生存和发展的重要物质基础，人类对能源材料的利用，经历了从薪柴到煤炭，再到油气时代的转变，每一次转变，都带动着经济的飞速发展。社会生产力不断发展，人类生活水平逐渐提高，人们所面临的环境资源问题也日益严峻。各种大气污染与水污染都触动每个人的心。于是，人们开始寻求弥补措施，清洁能源的利用则成为关键问题。太阳能电池，作为一种新型的、清洁的能源利用结构，将会对环境污染问题产生巨大的、积极的影响。作为太阳能电池的关键部件之一，前电极（frontelectrode）的制备

2、及性能对整体太阳能电池的光电转换性能影响巨大。非晶硅薄膜太阳能电池（amorphoussiliconthinfilmsolarcells）的结构为：透明导电镀膜玻璃/p-Si/i-Si/n-Si/Al[1,2]。透明导电玻璃是指镀覆透明导电氧化物（TransparentConductiveOxide，TCO）薄膜的玻璃，作为薄膜太阳能电池的前电极，TCO薄膜必须具备一定的优异性能。首先，其必须具备高的光透过性，以满足半导体吸收层对光能的吸收，实现光电转换；其次，TCO薄膜的电阻率要尽量降低，减少电流传导时的欧姆损耗。同时，高雾度TCO

3、薄膜也可以提高太阳能电池的光电转换效率。高雾度是TCO薄膜的一种结构形态，一般表面凹凸不平，具有一定的粗糙度和起伏度，这种特殊的表面形貌对光的散射作用增强，导致了光在半导体吸收层中的光程增加，从而增加了光的吸收，提高了薄膜太阳能电池的光电转换效率[3,4]。.........1.2透明导电氧化物薄膜简介及分类TCO薄膜主要包括Zn、Sn、In和Cd的氧化物及其复合的多元氧化物材料，具有宽禁带、高透射比、低电阻率等优异的性能。能够广泛应用于太阳能电池、功能窗口涂层、平板显示器等光电器件领域[14-16]。常见的及研究最多的TCO为ZnO

4、、SnO2、In2O3等。ZnO是一种极其典型的Ⅱ-Ⅵ族宽禁带半导体化合物，具有较高的热稳定性和化学稳定性。ZnO在自然界含量高、无毒，是一种环境友好型材料。常温下，禁带宽度为3.37eV，发射波长对应于368nm近紫外波长，是一种直接带隙宽禁带半导体材料。激子束缚能为60meV，大于室温下热能26meV，同时也大于例如GaN（24meV）等其他宽禁带半导体材料。这也就意味着ZnO在室温下激子处于稳定状态，其能够在高温下实现高效率的激子受激发射。因此，在紫外发光二极管（LEDs）和激光器（LDs）等短波发光器件领域领域，ZnO具有极大

5、的应用前景。ZnO存在三种晶体结构，分别为：六方纤锌矿型结构、立方闪锌矿结构和四方岩盐矿结构（立方NaCl）。自然条件下，六方纤锌矿结构为热力学最稳定的晶体结构，其晶格常数为a=0.3249nm，c=0.5207nm。锌原子和氧原子各自按照如图1-2所示的原子排列方式排列，每个锌原子位于近邻的四个氧原子所形成的四面体间隙中，但只占据一半数目的氧原子围成的四面体间隙，氧原子的排列方式和锌原子类似，每类原子的配位数都是4。这种最紧密的堆积形式具有六方对称性，属于36mc空间群[17]。锌原子与氧原子间的结合键介于离子键与共价键之间，在沿c

6、轴方向上具有很强的极性。...........第2章实验过程及方法2.1超声喷雾热分解制备AZO薄膜成膜机理超声喷雾热分解法主要由以下三部分构成：前驱体溶液的雾化，雾化液滴的传输和薄膜的沉积过程。首先，要对前驱体溶液进行雾化，所用到的工具为超声雾化器。其工作原理为：通过压电换能片将高频率电震荡转化为超声频率的机械震荡，然后再将振子的高频振动传递给雾化的前驱体溶液，利用超声波的空化作用，使得前驱体溶液被雾化，得到均匀的微米甚至亚微米尺寸的雾滴。雾滴由载气（一般为空气或氮气）携带，输送到已经达到一定温度的基板表面，在其表面发生一系列的物理

7、化学反应，生成所需固体薄膜。.........2.2实验试剂与仪器Al是ⅢA族、第三周期元素，具有1s22s22p63s23p1的电子结构。在AZO薄膜中，Al作为ZnO半导体的施主掺杂元素，可能产生以下四方面的效果：a、半径为0.0535nm的Al3+替代半径为0.074nm的Zn2+的晶格位置，但仍然保持ZnO的六方纤锌矿晶体结构，为了保持电中性，Al3+会微弱的束缚住一个自由电子，引入缺陷能级，增加了载流子浓度；b、铝离子半径小于锌离子半径，Al3+替代Zn2+，可能引起晶格畸变；c、铝的掺杂可能会引起微观组织结构的变化，比如组

8、织变致密、晶粒变细小等；d、过量的铝不能有效的替代锌的位置，即存在固溶度问题，Al3+有可能单独成相，从而导致异常现象。总的来说，Al3+替代Zn2+可能会引起两方面的变化：一是增加载流子浓度，增强导电性；二是改变微观组