溶胶-凝胶旋涂法制备Sn-Al共掺ZnO薄膜及光电性能研究

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1、分类号：学校代码：１０１６５密级：学号：２０１５１１０００６５６掌坪犯大學硕士学位论文＿－－Ａ溶胶凝胶旋涂法制备Ｓｎｌ共掺ＺｎＯ薄膜及光电性能研究Ｐ－－ＴｈｅｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＳｎＡｌＣｏｄｏｅｄＺｎＯｔｈｉｎｆｉｌｍｓＰｒｅａｒｅｄｐｐ－Ｂｓｏ－ｎｄｃｏａｎｙｌｅｌＰｒｏｃｅｓｓａＳｐｉｎｔｉｇｇ作者姓名：陈苗苗学科、专业：物理、光学研究方向：光电信息材料与器件导师姓名：王玉新２０１８年５月分类号：学校代码：10165密级：学号：201511000656硕士学位论文溶胶-凝胶

2、旋涂法制备Sn-Al共掺ZnO薄膜及光电性能研究ThePhotoelectricPropertiesofSn-AlCo-dopedZnOthinfilmsPreparedBysol-gelProcessandSpin-coating作者姓名：陈苗苗学科、专业：物理、光学研究方向：光电信息材料与器件导师姓名：王玉新2018年5月辽宁师范大学硕士学位论文摘要透明导电薄膜（TransparentConductiveFilm）具有良好的光电性能，被广泛的应用于液晶显示器、透明电极太阳能电池以及各类光电器件中，其中应用最为广泛的是氧化物透明导电（TransparentConductiveOxide

3、，简称TCO）薄膜。其中ITO薄膜因其有毒且价格昂贵，限制了其应用范围。ZnO(Zincoxide，简称ZnO)基薄膜因其自身的优点被开发研究后，已实现取代ITO薄膜的目的。氧化锌是具有六角纤锌矿结构的金属氧化物。室温下具有禁带宽度为3.37eV的直接带隙，ZnO材料的激子束缚能比较高（约为60meV），性能稳定，不易与其他物质发生反应，被应用在光电器件中，因此选择合适的制备方法合成优异的ZnO薄膜材料成为研究热点。本文采用溶胶-凝胶法（Sol-Gel），选用乙二醇甲醚作为溶剂，乙酸锌为体系前驱物，九水合硝酸铝和结晶四氯化锡作为掺杂剂提供Al源和Sn源，乙醇胺作为制备胶体的稳定剂，使用涂

4、覆制膜法在衬底上经过热处理成功制备了未掺杂ZnO薄膜、Al掺杂ZnO薄膜和Sn-Al共掺ZnO复合薄膜。通过对本征ZnO制备工艺条件的研究得出预处理温度为180℃、衬底为Si片时，制备的薄膜性能最好。采用X射线衍射仪(X-raydiffraction，简称XRD)、扫描电子显微镜(Scanningelectronmicroscope，简称SEM)、紫外可见分光光度计(Ultravioletvisiblespectrophotometer，简称UV-Vis)、光致发光谱（Photoluminescence,简称PL谱）等测试手段对样品进行表征，分别对半导体薄膜的晶格参数、晶体结构、结晶质量

5、、薄膜微观形貌、光学透过率及其禁带宽度进行了分析与研究，同时还对薄膜的电学性能进行分析和研究。结果表明：（1）向ZnO薄膜中引入Al和Sn两种元素，不改变薄膜的晶格结构，对薄膜的C轴择优取向及晶粒尺寸有一定的影响；（2）Al掺杂ZnO薄膜，薄膜的择优取向变好，晶粒变小，禁带宽度变大，表面光滑平整，薄膜的透过率均在90%以上，电阻率也都较低。（3）Sn-Al共掺ZnO薄膜，Sn的掺入改善了薄膜的光学性能，使薄膜的透过率进一步提高，电学性能更佳。关键词：溶胶-凝胶法；ZnO薄膜；Al掺杂薄膜；Sn-Al共掺；光电性能-I-溶胶-凝胶旋涂法制备Sn-Al共掺ZnO薄膜及光电性能研究ThePho

6、toelectricPropertiesofSn-AlCo-dopedZnOthinfilmsPreparedBysol-gelProcessandSpin-coatingAbstractTransparentconductivethinfilmsarewidelyusedinliquidcrystaldisplays,transparentelectrodesolarcellsandvariousphotoelectricdevicesbecauseoftheirgoodphotoelectricproperties.Transparentconductiveoxidefilmsare

7、widelyused.However,becauseofitstoxicandexpensiveprice,ITOfilmlimitsitsapplication.Becauseofitsownadvantages,ZnObasedfilmshavebeenstudiedbyresearchers,andthepurposeofreplacingITOfilmshasbeenachieved.ZincOxide(Zincoxide,