AZO/AgNWs/AZO三明治结构薄膜的构筑及其光电性质研究

摘要

透明导电氧化物被广泛的用作各类器件的透明导电电极，如液晶显示器、薄膜太阳能电池、有机发光二极管。ZnO薄膜由于其在可见光范围内较好的透光率，具有较高的激子复合能，在氢的等离子体中能够稳定存在，Al、Ga等元素的掺杂极大的提高氧化锌薄膜的导电性能以及ZnO薄膜廉价易得、资源丰富等优点而被认为是替代ITO、FTO薄膜的理想材料。为了进一步提高AZO基薄膜的光电性能，构筑AZO/Ag NWs/AZO三明治结构是一种有效的方法，文献中主要用旋涂法制备三明治结构的中间层，但是旋涂法在制备纳米银膜的过程中会造成纳米银线的损失，其制备的纳米银膜也不均匀。因此寻求一种能够避免损失，降低成本的制备方法至关重要。真空抽滤法在制备银纳米薄膜的过程中，能够使纳米银线以恒定的速率落在滤膜上，从而使纳米银线分散比较均匀，在一定程度上避免了纳米银线的损失，因此将真空抽滤法制备的纳米银膜与磁控溅射法制备的AZO薄膜相结合，制备AZO/Ag NWs/AZO三明治结构薄膜是优化AZO基透明导电薄膜的一种有效途径。
　　本文先通过磁控溅射技术在玻璃基底上制备 AZO薄膜，通过调节磁控溅射的溅射功率、溅射压强、靶基距等工艺参数，得到了性能良好的 AZO薄膜。为了进一步平衡薄膜的透光率和薄膜的导电性能，获得性能更加优化的薄膜，在制备较薄、透光率较好的 AZO薄膜的基础上，引入具有优越导电性能的纳米银线，利用纳米银线在不同基底上制备了Ag NWs/AZO、AZO/Ag NWs/AZO这样的多层结构。结果表明，引入纳米银线对 AZO薄膜的导电性有很大的提高，并通过这种方法得到了光电性能较好的透明导电电极。
　　论文的主要内容总结如下：
　　1、用磁控溅射法制备AZO薄膜
　　通过调节溅射功率、溅射气压、靶材与基底的距离等工艺条件，在不对基底加热的情况下制备了性能良好的透明导电薄膜。研究发现，靶材与基底之间的距离对薄膜的性能有比较大的影响，随着靶基距的增大，薄膜样品均表现出明显的(002)衍射峰，垂直于基底表面呈柱状生长，薄膜具有良好的C轴择优取向，晶体结构为六方纤锌矿结构，X射线衍射峰强度随着靶基距的减小而逐渐增强，颗粒尺寸逐渐增大，溅射速率和厚度逐渐增加，半峰宽逐渐减小，薄膜之间的内应力逐渐减小，透光率逐渐减小，导电性能逐渐增加，通过对靶基距的调节，我们得到了方阻为44.4?/sq,透光率为89.56％的透明导电AZO薄膜。
　　2、构筑Ag NWs/AZO、AZO/Ag NWs/AZO多层结构的透明导电薄膜。
　　在前一步的工作中，我们发现制备的 AZO导电薄膜的透光率和方阻并不能同时达到最优值。因此，考虑在 AZO薄膜中引入了导电性能比较优越的纳米银线，期望提高AZO薄膜在透光率较高的情况下电学性能的不足。首先，采用经典的多元醇还原法制备了具有高长径比的纳米银线，通过真空抽滤法制备纳米银膜，然后与 AZO薄膜相结合在不同的基底上构筑Ag NWs/AZO、AZO/Ag NWs/AZO这样的多层结构，并对该结构薄膜进行了形貌的表征和光电性能的测试。结果表明，引入的纳米银线大大提高了薄膜的导电性能，得到的多层结构的薄膜的透光率为82.76%，方阻为32.4?/sq的透明导电薄膜，并将其应用于CuZnSn(S,Se)太阳能电池中。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 透明导电薄膜的分类

1.3 透明导电氧化物薄膜应用及现状

1.4 透明导电AZO薄膜的研究现状

1.5 AZO/Ag NWs/AZO三明治结构的研究进展

1.6 目前存在的主要问题

1.7 本论文的研究目的、思路和内容

参考文献

第二章 磁控溅射技术制备AZO薄膜

2.1 前言

2.2 AZO透明导电薄膜的制备过程和表征方法

2.3 不同工艺参数对AZO薄膜结构和性能的影响

2.4本章小结

参考文献

第三章 构筑多层结构的AZO透明导电薄膜

3.1 前言

3.2 多元醇法制备纳米银线

3.3柔性基底上构筑Ag NWs/AZO双层结构薄膜

3.4玻璃基底上构筑AZO/Ag NWs/AZO―三明治‖结构薄膜

3.5本章小结

参考文献

第四章 结论与展望

4.1 主要结论

4.2 展望

硕士期间发表和已完成的论文与工作

致谢