tiolt2gt薄膜的掺杂改性及其对光学性能的影响

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1、中文摘要为了解决逐步严重的能源危机问题，太阳能作为一种清洁能源被广泛关注。作为一种廉价、无毒、化学性质稳定的半导体，Ti02逐步成为太阳能电池研究的热点。但Ti02带隙较宽(最=3．0．3．2eV)，对太阳光利用率低。为了解决这一问题，对Ti02进行掺杂，以期缩小Ti02的带隙，增加对太阳光的吸收。本文分别采用溶胶．凝胶法和磁控溅射法制备了原始Ti02薄膜，并采用溶胶．凝胶法和离子注入技术对原始薄膜进行改性研究。在溶胶．凝胶法制备的Ti02薄膜中，用溶胶．凝胶法掺杂Ge，用离子注入法进行Fe、Cr的单独注入以及复合注入；在磁控溅射法制备的原始Ti02薄膜中，分别进行Ge、Si

2、的单独和复合注入。研究了这些掺杂方式和掺杂离子对薄膜结晶、表面化学态和光学性能的影响。结果表明，磁控溅射法制备的原始Ti02薄膜较溶胶．凝胶法制备的原始薄膜光吸收性能更佳。XRD及XPS研究结果表明，两种不同制备方法制备的原始薄膜的表面化学态及价键状态有所不同，最终导致两者光性能的差异。用溶胶．凝胶对Ti02进行Ge掺杂，薄膜产生了一定红移，掺杂Ti：Ge=7：3的薄膜中Ge的结晶性很好；XPS分析表明，Ge大部分以单质形式存在；紫外可见吸收比未掺杂的薄膜好，吸收边红移，禁带宽度减小。Fe、Cr离子复合注入后，薄膜的结晶性变差；XPS分析结果显示，Fe、Cr分别以单质和氧化物

3、形式存在；光学性能较单独注入Fe的有所下降。分析表明，两种离子的相互作用最终使得薄膜中有效离子浓度降低。与Fe、Cr离子复合注入不同，在磁控溅射法制备的原始Ti02薄膜中，Si、Ge的复合注入使得薄膜的结晶性也变差；XPS分析Ge、Si形成新的化合物；但由于Si、Ge两种离子的相互作用，复合注入的薄膜光学性能有大幅度提高。本研究丰富了Ti02薄膜的掺杂改性的方法，为以后的研究提供了有价值的参考。关键词：Ti02薄膜溶胶．凝胶法离子注入共掺杂红移禁带宽度ABSTRACTInordertosolvethegraduallyworseningenergycrisis，solaren

4、ergyasakindofcleanenergyhasbeenpaidmuchattention．Asalowcost，non—toxicandhighlychemicalstablesemiconductor,titaniumdioxidebecomesthehotspotastheenergyconversionpartsofsolarcell．Unfortunately,thebandgapofTi02iswide，whichcauseslowconversionefficiency．Therefore，differentelementsweredopedintoTi0

5、2tonarrowthebandgapandenhancetheabsorptionofsolarenergy．Inthispaper,pristineZi02thinfilmsweresynthesizedbysol-gelmethodandmagnetronsputteringsystems．Modificationswerefollowedbysol-gelandionimplantationmethodsrespectively．GewasdopedintoZi02filmsbysol-gelmethod．FeandCrwereimplantedseparatelya

6、ndthenCO-implanted．IntheTi02filmspreparedbymagnetronsputtering，GeandSiwereimplantedseparatelyandtogether．Theimpactofthisdopingmethodsanddifferentionswereresearchedonthecrystallization，surfacechemicalstatesandopticalcharacterization．TheresultsshowedthattheabsorptionoforiginalTi02filmsprepare

7、dbymagnetronsputteringwasbetterthanthefilmspreparedbysol-gelmethod．AccordingtoXRDandXPS，thedifferentabsorptionresultsfromthedifferenceofsurfacechemicaIstatesandbondsofthesetwokindsoffilms．CertainimprovementwasachievedbyGedopedTi02filmssynthesizedbysol-ge