退火温度对TiO2及Nb掺杂TiO2薄膜的影响

采用溶胶-凝胶法在普通载玻片上制备了均匀透明的TiO2薄膜和掺Nb的TiO2薄膜,利用XRD,UV-VIS等手段,研究了退火温度对薄膜的结构、紫外-可见光区透射率、光学禁带宽度等性质的影响,并分析了掺杂Nb对TiO2薄膜晶体结构和光学性能的影响。实验结果表明:退火温度越高,薄膜生长取向越好,晶粒尺寸越大,光透过率越低;掺杂Nb后,能明显改善其结晶与生长,并降低其晶粒尺寸,透射率光谱吸收边缘产生蓝移现象。     

退火工艺对Nd掺杂Ca0．4Sr0．6Bi4Ti4O15薄膜的性能影响

利用Sol-Gel法、快速退火工艺在Pt(100)/Ti/SiO2/Si衬底上成功制备了Nd掺杂的Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15(C0.4S0.6NT)铁电薄膜.分别研究了退火工艺中热解温度、退火温度对C0.4S0.6NT薄膜取向及铁电性能的影响,并探讨了C0.4S0.6NT薄膜取向生长的微观机制.XRD衍射分析表明:350℃热分解温度得到的薄膜I(200)/I(119)达到最大;退火温度达到700℃,薄膜中的Bi2Ti2O7相全部转化成铋层状钙钛矿相;P-E电学性能测试显示:退火温度高有助于提高薄膜的剩余极化(Pr);350℃热分解温度,750℃退火温度得到高(200)取向的薄膜,铁电性能较好,Pr 和Ec分别为14.2μC/cm2和84.5kV/cm.     

掺杂与热处理对VO_2膜的微观结构及可见光透过率的影响

采用溶胶凝胶法制备了钨掺杂和不掺杂的二氧化钒薄膜,研究了不同退火温度、退火时间对薄膜微观结构的影响,以及不同掺杂量的钨离子对薄膜可见光透过率的影响。XRD结果表明:薄膜样品为VO_2(M)相结构;SEM结果分析表明:薄膜晶粒尺寸大小和间距随退火温度的升高、退火时间的增加而变大;UV-vis测试结果表明:与未掺杂氧化钒薄膜相比,W离子掺杂有利于提高VO_2薄膜可见光的透过率,在400nm处透过率从47%增加到67%,在VO_2薄膜表面涂覆SiO_2膜,该涂层可以提高可见光的透过率(在600 nm附近提高3%)。     

玻璃基TiO2/(Cu,Al)复合薄膜可见光活性影响因素研究

以钛酸四丁酯、硝酸铜和硝酸铝为先驱原料,乙醇为溶剂,二乙醇胺为稳定剂制备了玻璃基TiO2/(Cu,Al)复合薄膜.采用XRD、SEM和分光光度计研究了薄膜焙烧温度对复合薄膜晶相组成、形貌以及可见光催化活性的影响,采用UV-Vis分光光度计表征了混合离子加入量对复合薄膜光谱响应的影响规律.结果表明,掺杂混合离子的TiO2复合薄膜在450 ℃即可开始形成锐钛矿相,直至600 ℃一直保持锐钛矿相,表现出很好的晶体结构稳定性,而纯TiO2薄膜550 ℃焙烧时即出现金红石相;SEM晶相结构显示550 ℃焙烧的复合薄膜晶体形成均匀,致密,对基片覆盖率高,相应的可见光催化活性也最高;随着混合离子加入量的增加,光谱响应吸收边不同程度地红移至可见区,尤以掺杂量n=2 mol的Ti100-x/CuxAl2x复合薄膜吸收边红移最大(较纯TiO2薄膜大约红移75 nm).光催化实验表明,复合薄膜的可见光活性显著提高,掺杂量n=2 mol的Ti100-n/CunAl2n复合薄膜对酸性红B的降解脱色率可达67.3%,比纯TiO2的降解脱色率(5.5%)提高了近12倍.     

掺杂与退火温度对VO2薄膜性能的影响

采用真空蒸发法在普通玻璃表面制备了VO2薄膜,研究了退火温度和掺杂对薄膜表面形貌、晶体结构、电学性能和光学性能的影响.结果表明:经400℃、420℃、450℃、500℃退火得到的VO2薄膜其表面形貌和晶体结构存在明显的差异,其中420℃退火后的薄膜结晶形态良好,主要成分是VO2,在65℃左右表现出明显的电阻突变,常温下在波长1 700 nm附近薄膜的光透过率达59.9％;在VO2薄膜中掺入W6 ,相变温度有所降低,但掺杂使薄膜光透过率降低.     

CeO_2掺杂对染料敏化太阳能电池光电性能的影响

采用水热法制备不同浓度CeO_2掺杂TiO_2薄膜,并以其为光阳极组装染料敏化太阳能电池(DSSCs),同时考察不同CeO_2掺杂浓度对TiO_2光阳极的光电转换效率的影响。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等测试手段、紫外可见漫反射谱(UV-Vis DRS),对制得的光阳极薄膜进行晶体结构、表面形貌、微观结构、元素价态以及光学特性的表征,并对组装的DSSCs进行光电性能测试。结果表明:适量浓度的CeO_2掺杂可提高太阳能电池中的短路电流与光电转换效率;与纯TiO_2光阳极相比,0.015mol·L~(-1) Ce(NO_3)_3修饰的CeO_2/TiO_2光阳极的光电转换效率从2.44%提高到5.91%。     

退火温度对Al掺杂ZnO薄膜结构和性能的影响

采用直流磁控溅射技术,在玻璃衬底上制备了ZnO:Al(ZAO)薄膜样品。其他参数不变,在不同的温度下对样品进行了退火处理,研究了薄膜的结构性质、电学和光学性质随退火温度的变化关系。实验结果表明:在退火温度为200℃时,ZAO薄膜具有较优的光电性能,其电阻率为9.62×10-5.cm,可见光区平均透射率为89.2%。     

晶种诱导电化学沉积法制备AZO薄膜

通过晶种诱导辅助电化学沉积法制备Al掺杂ZnO薄膜(AZO),利用XRD和SEM对薄膜的物相和形貌进行了表征,紫外-可见分光光度计和四探针式方阻仪分析了薄膜的光电性能,研究了不同Al掺杂浓度下AZO薄膜的晶体结构和光电性能。研究表明,一定含量的Al元素掺杂并不影响晶体的结构类型;制备的AZO薄膜均为六方纤锌矿结构,且掺杂后薄膜的电阻呈数量级下降;当Al ~(3+)掺杂浓度为0.005mol/L时,AZO薄膜的结晶性最好,薄膜均匀致密,方块电阻为0.85kΩ,光透过率达85%,禁带宽度为3.37eV。     

Si(111)上生长LiNbO_3薄膜的研究

利用射频磁控溅射的方法,在Si(111)衬底上制备了LiNbO3薄膜。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了衬底温度、退火温度和溅射气体压强对LiNbO3薄膜结晶和表面形貌的影响,并用椭圆偏振仪测量了薄膜的厚度和折射率。结果表明:衬底温度为450℃时制备的薄膜,退火前后都没有LiNbO3相生成;衬底温度为500～600℃时,LiNbO3薄膜出现(012)、(104)和(116)面衍射峰,经600℃退火后3个衍射峰的强度加强;衬底温度为600℃时,经600～900℃退火得到的LiNbO3薄膜,除出现(012)、(104)和(116)面衍射峰外,还出现(006)面衍射峰;溅射气体压强从0.8 Pa增大到2.4 Pa时,经800℃退火后得到的LiNbO3薄膜表面晶粒团簇变小,而0.8 Pa制备的薄膜经800℃退火后LiNbO3相的结晶程度较其它压强下完善;900℃退火后得到的LiNbO3薄膜折射率为2.25,与LiNbO3晶体相当。     

退火气氛对溶胶-凝胶法制备铝掺杂氧化锌薄膜光电性能的影响

为研究退火气氛对氧化锌(AZO)薄膜光电性能的影响,采用溶胶-凝胶法在石英基片上制备铝掺杂AZO薄膜。利用X射线衍射、场发射电子扫描显微镜对薄膜的物相结构和形貌进行表征;采用霍尔效应测试仪、紫外-可见-红外分光光度计分析AZO薄膜的光电性能。结果表明:退火气氛对AZO薄膜电导的影响机制有明显差异。相较于空气中退火,在N2中退火的AZO薄膜中载流子迁移率变化不明显,薄膜电导性能改善得益于氧空位增加引起的载流子浓度提高;而在95N2/5H2混合气中退火,AZO薄膜中氧空位浓度增加,晶界吸附氧脱附,晶界势垒降低,从而造成载流子浓度和迁移率明显增加,薄膜电阻率为2. 09×10-3Ω·cm。AZO薄膜的透光率在波长400～800 nm的可见光内高于85%。     

玻璃基TiO_2/(Cu,Al)复合薄膜可见光活性影响因素研究

以钛酸四丁酯、硝酸铜和硝酸铝为先驱原料,乙醇为溶剂,二乙醇胺为稳定剂制备了玻璃基TiO2/(Cu,Al)复合薄膜。采用XRD、SEM和分光光度计研究了薄膜焙烧温度对复合薄膜晶相组成、形貌以及可见光催化活性的影响,采用UV-Vis分光光度计表征了混合离子加入量对复合薄膜光谱响应的影响规律。结果表明,掺杂混合离子的TiO2复合薄膜在450℃即可开始形成锐钛矿相,直至600℃一直保持锐钛矿相,表现出很好的晶体结构稳定性,而纯TiO2薄膜550℃焙烧时即出现金红石相;SEM晶相结构显示550℃焙烧的复合薄膜晶体形成均匀,致密,对基片覆盖率高,相应的可见光催化活性也最高;随着混合离子加入量的增加,光谱响应吸收边不同程度地红移至可见区,尤以掺杂量n=2 mol的Ti100-x/CuxAl2x复合薄膜吸收边红移最大(较纯TiO2薄膜大约红移75 nm)。光催化实验表明,复合薄膜的可见光活性显著提高,掺杂量n=2 mol的Ti100-n/CunAl2n复合薄膜对酸性红B的降解脱色率可达67.3%,比纯TiO2的降解脱色率(5.5%)提高了近12倍。     

电子束反应蒸发技术生长Mo掺杂In_2O_3薄膜

利用电子束反应蒸发技术,调制衬底温度200～350℃,详细研究了Mo掺杂In2O3(IMO,In2O3:Mo)薄膜的微观结构以及光电性能的变化。随着衬底温度增加,原子力显微镜(AFM)与扫描电子显微镜(SEM)图像均证明IMO薄膜表面趋于粗糙,透过率和Hall测试表明其光学和电学性能逐渐提高。在衬底温度为350℃时,获得薄膜最小电阻率为2.1×10-4Ωcm,载流子迁移率为34.2cm2/Vs,其可见光区及近红外区的平均透过率为78%。衬底温度为200℃时,薄膜表现为黑褐色,经分析X射线光电子能谱(XPS)结果认为与薄膜中钼的低价氧化有关,提高衬底温度可改善薄膜氧化状态。     

氧氩比和退火温度对AZO薄膜结构与性能的影响

在通氩气和不同比率氧氩混合气体的条件下,利用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备铝(Al)掺杂氧化锌(AZO)薄膜(溅射功率为180W,衬底温度为300℃),并对部分薄膜样品进行400℃或500℃退火处理.采用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)和分光光度计对薄膜的结构、表面形貌和光学性能进行测试研究.结果表明,制备的所有薄膜均呈现(002)晶面择优生长;与氩气溅射相比,当采用氧氩混合气体溅射时,生长的AZO薄膜晶粒尺寸显著增大;退火处理使2类薄膜的表面粗糙度都明显减小,晶粒也有所增大(7%~13%).其中,在氧氩比为1∶2的混合气体中制备的薄膜,经过500℃退火后,晶粒尺寸最大(39.4nm),薄膜表面更平整致密,在可见光区平均透过率接近最大(89.3%).     

梯度掺杂AZO薄膜的制备及其性能表征

采用Sol-Gel法,以不同铝离子浓度的溶胶梯度掺杂的方法制备了Al掺杂ZnO（AZO）薄膜,用XRD衍射仪和SEM扫描电镜对该薄膜进行了结构和形貌分析,并对其电学性能和光学性能进行了研究。结果表明,梯度掺杂的AZO薄膜比单一浓度掺杂5.0 at%（原子数百分比）的薄膜具有更明显的c轴择优取向,更强的本征紫外发光峰和近紫外发光峰。当薄膜的退火温度在500~650℃区间时,薄膜电阻率稳定在10-2Ω.cm,高于700℃时,薄膜电阻率明显升高。     

溴掺杂CH_3NH_3PbI_3薄膜及其钙钛矿太阳能电池性能研究

有机-无机铅基卤化物钙钛矿杂合物CH_3NH_3PbI_3作为光吸收材料被广泛应用于太阳能电池中,取得了较高的光电转换效率。基于此,在CH_3NH_3PbI_3基础上对I位进行Br掺杂,采用一步溶液法制备了一系列CH_3NH_3Pb(I_(1-x)Br_x)_3薄膜,研究了溴掺杂对CH_3NH_3PbI_3薄膜物相结构、微观形貌、吸光性能及光电转换性能的影响。结果表明,随着Br掺杂量x由0增加到1,常温下其物相结构逐渐由四方相转变为立方相,并且薄膜在TiO_2纳米柱衬底上的覆盖率逐渐提高,其在可见光及近红外区域内的吸光范围逐渐变窄,其光学带隙由1.59 eV逐渐过渡到2.23 eV。以CH_3NH_3Pb(I_(1-x)Br_x)_3薄膜制备成FTO/BL(blocking layer)-TiO_2/NR(nanorods)-TiO_2/CH_3NH_3Pb(I_(1-x)Br_x)_3/sprio-OMe TAD/Au结构的钙钛矿太阳能电池,发现随着Br掺杂量的增加,太阳能电池的短路电流减小,开路电压增大,填充因子增大,光电转换效率减小。     

TiO2薄膜的火焰喷雾热分解法制备与自清洁研究

以钛酸丁脂(Ti(C4H9O)4)为前驱体,采用自制的火焰喷雾热分解装置在玻璃衬底上制备了TiO2自清洁薄膜.应用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见透射光谱(UV-Vis)分析了薄膜的形貌、结构和透光性,并对薄膜的光催化性能和亲水性能进行了测试.结果表明,火焰喷雾热分解法制备薄膜要求雾滴先成液膜,再热分解为固体薄膜;采用火焰喷雾热分解法在玻璃衬底上成功制备的TiO2薄膜为锐钛矿晶型;探讨了沉积时间和退火温度对薄膜的结晶和自清洁性及光催化性能的影响,沉积时间长,退火温度高的薄膜的结晶度越高,光催化性能和亲水性越好;用该方法制备的温度约为400℃,退火温度为600℃薄膜,光透过率可超过70%.     

ITO透明导电薄膜的射频磁控溅射制备

为保证氧化铟锡(ITO)薄膜良好的导电性和很高的可见光透过率,通过射频磁控溅射在光学玻璃基底上制备了ITO薄膜,采用分光光度计和四探针测试仪测试了ITO薄膜电阻率和在可见光范围内的透过率,X射线衍射(XRD)测试薄膜晶相结构.研究基底温度、氧气和氩气流量比和退火时间等工艺对ITO薄膜光电特性的影响.研究结果表明:在氧气和氩气流量比为1∶99、基片温度200℃、溅射功率150W、250℃退火60min条件下,沉积的ITO薄膜厚度约为1.4μm,ITO薄膜光电特性最佳,电阻率为3.42×10~(-3)Ω·cm,可见光范围内峰值透过率为89.27%.     

大尺寸TiO_2反蛋白石结构的制备及性能分析

针对蛋白石结构光子晶体不能产生完全光子带隙的问题,采用垂直沉积法制备出单分散聚苯乙烯(PS)蛋白石结构胶体晶体模板,向模板填充TiO_2溶胶制成PS/TiO_2复合结构,将其放置在450℃的电炉中高温煅烧2h,得到了TiO_2反蛋白石结构.通过扫描电镜、吸收光谱仪和偏光显微镜对煅烧后的材料进行了测试和表征.结果表明:制备得到的TiO_2反蛋白石薄膜为厘米尺度范围内排列周期有序的大孔结构,孔径可控且选择范围宽.结构骨架表面平整,缺陷很少,几乎不存在塌陷.薄膜的透射光谱带隙窄,深度大,峰值尖锐,证实了样品内部结构的高质量和有序性.     

聚酰亚胺/Al_2O_3纳米复合薄膜性能的研究

采用原位聚合法制备聚酰亚胺/Al2O3无机纳米复合薄膜,利用透射电镜(TEM)测试掺杂前Al2O3纳米颗粒的尺寸,采用X射线衍射(XRD)分析薄膜相结构,利用紫外光谱仪等测试方法研究组分对复合薄膜的紫外可见光吸收光谱、热稳定性和耐电晕老化时间的影响.研究表明:Al2O3纳米颗粒掺杂到PI复合薄膜后,颗粒尺寸无明显变化,Al2O3纳米颗粒掺杂良好,能够与聚酰亚胺高分子链形成有机/无机复合结构;复合薄膜的紫外光吸收率提高,出现吸收峰红移现象;随着Al2O3纳米颗粒含量的增加,薄膜的热分解温度和耐电晕老化时间先增大后减小,当Al2O3纳米颗粒的质量分数达到25%时,热分解温度最高,比纯PI薄膜提高20℃以上;耐电晕老化时间最长,达到纯PI薄膜的11倍.     

有机无机钙钛矿薄膜的间歇式退火和光电性能

为了改进空气环境条件下有机无机钙钛矿薄膜的制备工艺,开发了一种间歇式退火(intermittent annealing,IA)方法,以制备高质量无针孔的钙钛矿薄膜,优化光电性能.采用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射谱(X-ray diffraction,XRD)、紫外可见吸收(ultraviolet-visible,UV-Vis)光谱、光致发光(photoluminescence,PL)光谱等表征,系统比较了在空气环境条件下反溶剂一步法旋涂制备钙钛矿薄膜工艺中,普通退火(traditional annealing,TA)方法和间歇式退火方法处理得到的卤化铅甲胺有机钙钛矿薄膜的形貌、结构和光电性能.结果表明,对于MAPbI_3、MAPbIBr_2和MAPbI_2Br钙钛矿材料,采用间歇式退火方法制备的薄膜均匀致密无针孔,晶粒尺寸显著增大,薄膜结晶性提高,在可见光范围内光吸收能力更强.在空气环境下所得间歇式退火制备的MAPbI_3太阳能电池器件在AM 1. 5的模拟太阳光下,光电转换效率可达11. 5%(有效面积0. 24 cm~2),而在空气环境下以普通退火方法制备的器件的光电转换效率为8. 9%,间歇式退火样品的光电转换效率有大幅度提高.