射频反应磁控溅射制备ZnO薄膜的微结构及其光学性能

采用射频反应磁控溅射技术在石英和Si衬底上制备了高度c轴择优取向的ZnO薄膜,样品的氧氩流量比分别为10:40,20:40,30:40,40:40.利用X射线衍射仪、表面轮廓仪、原子力显微镜和紫外-可见分光光度计研究了样品的微结构与光学特性.研究表明:氧氩流量比为30:40的样品结晶质量最好.所制备的ZnO薄膜的可见光平均透射率均大于87;.随着氧氩流量比的增大,薄膜的透射率呈非单调变化,氧氩流量比为30:40的样品在可见光范围的平均透射率可达93;.光学带隙随着氧氩流量比的增大,先增大后减小.与块材ZnO的带隙(3.37 eV)相比,ZnO薄膜的带隙均变窄.     

超声喷雾热解法制备不同掺杂浓度ZnO∶Eu薄膜

以醋酸锌,氯化铕的混合水溶液为前驱体,采用超声喷雾热解法在ITO导电玻璃衬底上制备了掺杂不同Eu浓度的ZnO∶Eu薄膜。通过扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)谱对ZnO∶Eu薄膜的形貌,结构和光学性质进行了研究。通过对比掺杂不同Eu浓度的ZnO∶Eu薄膜的结构和光学性能,可知在掺杂浓度为6mol%时薄膜的性能最好。SEM照片表明制备的ZnO∶Eu薄膜为致密的纳米颗粒薄膜,ZnO∶Eu晶粒尺寸大约在200～250 nm。XRD图谱表明当掺杂浓度为6mol%时,ZnO∶Eu薄膜具有很好的六角纤锌矿结构,且在2θ=50.47°处出现Eu2O3的衍射峰。激发光谱测试表明ZnO∶Eu薄膜在280 nm,373 nm,393 nm处有较强的紫外吸收。当用280 nm激发光激发时ZnO∶Eu薄膜在613 nm处具有较强的红光发射。     

化学浴法制备CdS薄膜及其光电性能研究

本文用氯化镉、氯化铵、硫脲和氨水的溶液体系采用化学浴沉积法合成CdS薄膜,制备出均匀、致密的CdS薄膜,通过XRD、SEM、EDS、紫外可见吸收光谱等表征手段研究了CdS薄膜的晶体结构,表面形貌,元素比例和光电性能.发现在不同水浴温度下都成功制备了CdS薄膜,其中75℃制备的CdS薄膜最为均匀致密且其XRD衍射峰强度最强,光吸收边在500 nm附近,禁带宽度大约为2.52 eV.这些CdS薄膜的光电响应大,暗态及光照下的电导率分别为1×10-4S·cm-1和1.04×10-2 S · cm-1.用它们制备的CdS/CZTS异质结太阳电池具有明显的光伏效应.     

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.     

片状ZnO薄膜的制备及其在DSSC中的光电性能研究

采用均匀沉淀法在导电玻璃基体上制备ZnO前驱体薄膜,然后热分解前驱体制备出ZnO薄膜用作染料敏化太阳能电池(DSSC)的光阳极.使用XRD和SEM对ZnO薄膜的结构和形貌进行表征.讨论了n(尿素)/n(Zn2+)、Zn2+浓度、均匀沉淀反应温度、薄膜焙烧温度等工艺因素对ZnO在DSSC中的光电性能影响.结果表明,均匀沉淀法制备ZnO薄膜为六方纤锌矿结构,ZnO薄膜以片状在基体上生长.优化的ZnO薄膜组装的DSSC在100mW/cm2下的短路电流为5.39 mA/cm2,开路电压为O.516 V.     

电子束蒸发法制备CdS薄膜光电特性研究

采用电子束蒸发法,以高纯CdS块料为膜料在玻璃基底上制备了CdS薄膜,设计了L9(34)正交实验,研究了各工艺参数对薄膜光电性能的影响.结果表明,随着基底温度,蒸发速率的提高,薄膜的电阻值呈降低趋势达到最小值后稍有升高;薄膜的阻值随真空度的降低而降低,达到一定程度后阻值基本保持不变.薄膜的暗亮电阻比即光敏性,随基底温度的增大先增大达到最大值后开始减小;而随蒸发速率的提高光敏性先缓后急的增加;真空度对光敏性的影响与蒸发速率对光敏性的影响正好相反,表现为随真空度的增加光敏性先急后缓的降低.正交实验表明:当基底温度为150℃,蒸发速率为1 nm·s-1,真空度为3×10-3 Pa时,薄膜的光电性能最好.CdS薄膜的光敏性达到7.7×102,其中亮电阻的最小值为1350Ω/□.     

不锈钢基ZnO薄膜的水热合成及其疏水性能研究

结合sol-gel法和水热法,在不锈钢表面原位合成纳米ZnO薄膜并对其进行了XRD、FT-IR、SEM及亲疏水性表征分析.研究结果表明,在附有ZnO种子层的不锈钢基片上,ZnO沿c轴择优取向外延生长.当pH值为11.5时,不锈钢基片上生长的ZnO纳米棒每5～8根在末端集结成束,形成具有微-纳米结构的ZnO薄膜.经十八酸改性后,疏水性基团与ZnO表面羟基反生类酯化反应嫁接到ZnO表面,使具有微-纳米结构的ZnO薄膜与水接触时产生"荷叶效应",不锈钢表面由亲水转变为超疏水.     

超声喷雾热解法制备稀磁掺杂ZnO薄膜的研究

近年来,基于ZnO稀磁半导体在自旋电子器件方面的潜在应用价值,过渡金属掺杂的ZnO材料被广泛研究.但由于p型ZnO材料的制备非常困难,获得具有室温以上居里温度的Mn掺杂p型ZnO基稀磁半导体仍然是个难题.在N-In共掺杂成功实现ZnO薄膜p型掺杂的前期研究基础上,本研究采用超声喷雾热解(USP)法在Si基底上制备了Zn1-x,MnxO系列薄膜样品.X射线衍射表明所有ZnO薄膜样品都具有纤锌矿结构,没有发现其他物相的衍射峰存在.薄膜形貌研究发现,样品中的颗粒分布均匀.磁性测量表明N-Mn-In掺杂的样品显示出室温铁磁性.对N-Mn共掺杂和N-Mn-In掺杂的样品进行热处理后,发现薄膜的铁磁性能与薄膜中的空穴载流子具有直接的关联,这一现象与Mn掺杂的p型ZnO会显示室温铁磁性的理论预测是一致的,并用束缚磁性极化子模型解释了ZnO薄膜的铁磁性来源.     

CdS纳米晶颗粒薄膜的制备及其光学特性研究

采用化学浴沉积法,以CdCl2·H2O、CS(NH2)2、NH4Cl、NH3·H2O和去离子水作为反应前驱物,在不同的氨水浓度下制备CdS纳米晶颗粒薄膜.通过扫描电镜、X射线衍射、X射线能量色散谱、紫外-可见光透射光谱、椭圆偏振光谱等方法,研究了反应前驱物中氨水浓度对CdS纳米晶颗粒薄膜的表面形貌、晶体结构、S/Cd原子比、光透过率、光学带隙、折射率、消光系数和光学吸收边等物理性能的影响.结果表明:反应前驱物中氨水浓度在0.4～1.0mol/L范围内,可以在衬底上形成均匀致密的CdS纳米晶颗粒薄膜.随着氨水浓度的增加,CdS纳米晶的平均晶粒尺寸逐渐减少,S/Cd原子比逐渐增加,由富Cd型转变为富S型,禁带宽度逐渐增加.在500～1000 nm波段内,折射率的平均值为1.75;消光系数k小于0.07.     

CuInS2量子点敏化ZnO基光阳极的制备与性能研究

采用两步法在导电玻璃(FTO)基板上制备纯氧化锌(ZnO)纳米棒和钇掺杂的氧化锌(ZnO∶Y)纳米棒,采用连续离子层吸附反应法(SILAR)在所制备的ZnO及ZnO∶Y纳米棒上沉积CuInS₂量子点制备ZnO/CuInS₂和ZnO∶Y/CuInS₂光阳极。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针能谱仪(EDS)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、电流密度-电压(J-V)曲线等技术手段对不同光阳极样品的晶相结构、微观形貌、化学组成、光吸收性能和太阳电池性能进行了表征。实验结果表明:所制备的ZnO纳米棒和ZnO∶Y纳米棒为六方纤锌矿结构。CuInS₂量子点敏化的ZnO纳米棒薄膜的光学带隙从3.22 eV减小为2.98 eV。CuInS₂量子点敏化ZnO∶Y太阳能电池的短路电流密度和光电转换效率比未掺杂的ZnO纳米棒组装的太阳能电池分别提高了6.5%和50.4%。     

CdS纳米线分级结构薄膜的制备及光催化性能

采用电沉积-溶剂热两步法制备了Cu基CdS纳米线分级结构薄膜.用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱分析仪(EDS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis-DRS)等对薄膜进行表征,探讨了Cd基CdS纳米线的成核生长机制.结果显示:Cu基Cd微米片阵列与其表面生长的针状CdS纳米线,构筑形成了多孔道的分级结构薄膜,改变溶剂热的时间、温度及硫源浓度,CdS纳米线尺寸呈规律性变化.Cu基CdS薄膜具有较好的光催化活性和稳定性,经5次光催化循环,罗丹明B(RhB)降解率下降不明显.     

电沉积法制备CdS薄膜及其性能研究

采用电沉积法制备了CdS薄膜.分别用XRD及SEM分析了薄膜的结构和表面形貌.研究了不同温度和不同沉积电压对薄膜表面硫与镉的化学成分比的影响.最佳的沉积电压为2.5～3V之间.制作了ITO/n-CdS/p-SnS/Ag结构的太阳能电池,在100mW/cm2的光强下其开路电压0.2V,短路电流13.2mA/cm2,填充因子0.31,转换效率0.81;.     

钛铝共掺杂氧化锌和钛掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备与性能对比研究

利用直流磁控溅射法,在相同实验条件下成功沉积出了钛掺杂氧化锌(TZO)透明导电薄膜和钛铝共掺杂氧化锌(TAZO)透明导电薄膜,并对两种薄膜的结构、应力和光电性能进行了对比研究.结果表明:两种薄膜均为具有c轴择优取向的六角纤锌矿结构多晶薄膜;TAZO薄膜的导电性能优于TZO薄膜,100 W溅射功率下制备的TZO薄膜的电阻率具有其最小值5.17×10-4 Ω·cm,而相同功率下TAZO薄膜的电阻率为3.88×10-4 Ω·cm;同时TAZO薄膜的光学性能也优于TZO薄膜,所有TAZO薄膜样品的可见光透过率均大于91;,而TZO薄膜的可见光透过率均大于85;.     

碱金属掺杂ZnO薄膜发光性能研究

采用固相反应法制备了不同比例的碱金属掺杂ZnO靶材,并利用磁控溅射法在Si(111)基片上制备不同温度下生长的c轴择优取向ZnO薄膜.通过XRD、AFM和荧光光谱(PL谱)研究了掺杂元素和掺杂比例对薄膜结构和发光特性的影响.结果表明,掺杂未改变ZnO的结构,薄膜具有很好的c轴择优取向.室温下用325 nm的氙灯作为激发光源得到不同样品的 PL 谱,分析表明,紫外发光峰来源于自由激子的复合辐射与带间跃迁,蓝绿发光峰与锌缺陷和氧缺陷有关.此外还探讨了紫外发光峰红移的可能机理.     

Fe、Ni共掺杂ZnO薄膜的溶胶-凝胶法制备及性能研究

采用溶胶-凝胶法在玻璃基片上旋涂生长了ZnO、Fe, Ni单掺杂及(Fe,Ni)共掺杂ZnO薄膜.产物的显微照片及XRD图谱结果表明, 该方法所制备的ZnO薄膜表面均匀致密,都存在(002)择优取向,具有六角纤锌矿结构,晶粒尺寸平均在13 nm 左右,振动样品磁强计(VSM)测试结果显示掺杂ZnO薄膜均存在室温铁磁性.光致发光(PL)测量表明所有样品薄膜的PL谱主要由较强的紫外发光峰(394 nm)、蓝光峰(420 nm)、绿光峰(480 nm)组成.Fe、Ni单掺杂和共掺杂并不改变ZnO薄膜的发光峰位置,但掺杂后该紫外发光峰减弱,420 nm处的蓝光峰增强.     

电沉积Co掺杂ZnO薄膜的光致发光及磁性研究

在ITO衬底上电沉积了Co掺杂ZnO薄膜.X射线粉末衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)结果表明Co掺杂并没有改变ZnO的六角纤锌矿结构,但可以在一定程度上改变晶体的形貌.室温光致发光光谱(PL)结果表明Co掺杂导致薄膜的带隙变窄.磁性测试结果表明,10; Co掺杂样品室温下呈现顺磁性,而5;Co掺杂样品在室温下呈现铁磁性,我们认为其铁磁性是由Co掺杂引起的缺陷导致的.     

Na掺杂ZnO薄膜的表面形貌及其光学性质

采用溶胶-凝胶技术制备不同Na掺杂ZnO薄膜,用XRD、拉曼光谱仪、AFM、SEM和紫外可见分光光度计等表征方法研究了Na掺杂量对ZnO薄膜的表面形貌和光学性质的影响.XRD和Raman光谱分析表明:8.0 at;Na掺杂ZnO薄膜具有最佳c轴择优取向,内部残余张应力最大;表面形貌研究结果显示:薄膜的平均粒径和粗糙度均随Na含量的增加而增大.薄膜在可见光范围内的平均透射率大于80;,随着Na含量从0增加到10at;,薄膜的光学带宽由3.283 eV增大到 3.305 eV.     

Cu掺杂ZnO薄膜的制备及其光谱特性

采用溶胶-凝胶法在铟锡氧化物(ITO)导电玻璃基底上制备了不同掺杂浓度的Cu∶ ZnO薄膜.采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了薄膜样品的晶相结构和形貌,用荧光光谱仪测量了薄膜样品的光致发光谱.结果表明:Cu∶ ZnO薄膜均为六角纤锌矿结构,呈c轴择优取向,且因压应力的存在使其晶格常数略小于未掺杂薄膜样品的晶格常数;低温和高温退火处理的薄膜样品的光致发光谱(PL)中分别观察到414 nm、438 nm的蓝光双发射峰和510 nm左右的绿光发射峰.蓝光发射峰与样品中的Vzn和Zni有关,而绿光发射峰与样品中的Vo -Zni有关.