柱狀晶形Nb-TiO2薄膜制備及其光電性能研究.pdf

1、Nb摻雜TiO2透明導(dǎo)電薄膜由于具備較為優(yōu)異的光電性能和較低廉的元素成本而受到廣泛的關(guān)注，然而受制備方法限制，透明導(dǎo)電TNO薄膜目前尚處于研究開(kāi)發(fā)階段。本課題利用能投入大規(guī)模批量生產(chǎn)的溶膠凝膠加后續(xù)氣氛退火方法首先證明了Nb的有效摻入，繼而從摻雜濃度、晶體形貌和退火優(yōu)化深入探討了提高TNO薄膜光電性能的可行方案。該方案涉及的內(nèi)容包括:增加Nb摻雜濃度和引入氧空位來(lái)提高TNO薄膜內(nèi)的載流子濃度，制備出具有柱狀晶形貌的TNO薄膜來(lái)提高載流子

2、遷移率。
　　具體研究結(jié)果如下:
　　(1)通過(guò)溶膠凝膠和退火工藝，樣品中Nb原子在TiO2中以摻雜形式存在，并無(wú)氧化相或其他形式的含Nb物質(zhì)。Nb的實(shí)際摻雜量和名義摻雜量相當(dāng)，溶膠凝膠方法可以有效地調(diào)控Nb摻雜濃度。Nb的有效電離率隨摻入量增加而減小，即能提供載流子的Nb百分比隨摻入量的增加而減小，選擇一個(gè)合適的摻雜濃度對(duì)透明導(dǎo)電TNO薄膜的研究尤為關(guān)鍵。
　　(2)隨Nb摻雜濃度增加，銳鈦礦相(101)峰強(qiáng)減弱，峰

3、位向左偏移，晶面間距增加，樣品的晶體形貌和結(jié)晶度逐漸變差，TNO薄膜樣品的導(dǎo)電性增強(qiáng)，可見(jiàn)光透過(guò)性有下降的趨勢(shì)。綜合TNO薄膜的光電性能可以得出結(jié)論，摻雜濃度在10-15％的樣品具有最佳的光電綜合性能。
　　相同濃度條件下，柱狀晶形貌樣品的結(jié)晶性能明顯優(yōu)于顆粒狀樣品;導(dǎo)電性上，柱狀晶樣品的電阻率比顆粒狀樣品要低一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，而可見(jiàn)光透過(guò)性能并未得到提升，而是保持在78％左右，說(shuō)明在晶體結(jié)晶情況都很好的前提下，可見(jiàn)光透過(guò)率上升空間

4、已經(jīng)很小。同時(shí)，名義摻雜濃度為10％的柱狀晶樣品具有最優(yōu)異的電學(xué)性能，其電阻率為2.7Ω·cm，對(duì)應(yīng)的平均可將光透過(guò)率為69％，已經(jīng)接近目前性能最佳的溶膠凝膠TNO樣品。
　　(3)高真空條件退火最有利于TNO薄膜的電學(xué)性能，H2退火其次，N2退火最有益于可見(jiàn)光透過(guò)率。高真空退火因?yàn)榇龠M(jìn)了TNO薄膜中氧空位的生成，所以可以大大提升TNO薄膜的導(dǎo)電性，但是由于氧空位對(duì)光子的吸收作用，所以可見(jiàn)光透過(guò)率下降;而H2退火后，由于氧分壓較高