射频磁控溅射法制备TiO2薄膜及其N掺杂改性TiO2-xNx薄膜研究

摘要

TiO2作为一种性能优良的半导体材料,化学性质稳定,无毒性,取料广泛,制造成本低廉,在光催化、太阳能电池、太阳能光解水制备氢气及自清洁材料上有广阔的应用前景。然而,由于TiO2的禁带宽度Eg较宽(锐钛矿相Eg=3.2eV、金红石相Eg=3.0eV),只有在紫外光的激发下才可以显示出光活性,而紫外光仅占太阳光谱的5％左右,大大的限制了其利用效率。因此,通过掺杂改性将TiO2的光响应波长拓展到可见光区,以提高对太阳能的利用效率具有十分重要的研究价值。
　　本研究采用射频磁控溅射法分别在Si(100)、LiAlO2(302)和K9玻璃衬底上制备了TiO2薄膜及N掺杂的TiO2-xNx薄膜。通过改变溅射气氛中的N2分压比来控制N掺杂含量,并采用不同气氛退火处理薄膜样品。同时借助XRD、XPS、Raman Spectra、SEM和UV-Vis Spectra等测试手段,表征薄膜的结构和光谱性质。
　　测试研究结果表明,在Si(100)基所制备薄膜结晶性良好金红石相结构,而在LiAlO2(302)衬底和K9玻璃衬底上所制备的薄膜样品为非晶的,在N2气氛中773K退火处理1小时后为锐钛矿结构。TiO2-xNx薄膜中N的掺杂量分别为1.82％和2.54％。N原子是以三种形式存在于薄膜样品中,即:取代格位中的O原子形成N-Ti键(NO)、与格位中的O原子形成N-O键、间隙式缺陷N原子(Nint)。且随着氮气分压的增加,取代O格位的NO原子和间隙式Nint原子趋于饱和,而以N-O键存在的N原子则迅速增加。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 染料敏化太阳能电池（DSSC）结构及其工作原理

1.3 TiO2材料物化特质

1.4 TiO2薄膜的制备方法

1.5 TiO2掺杂改性研究

1.6 本文研究背景及主要内容

第二章 TiO2薄膜制备及其测试分析

2.1 磁控溅射法制备TiO2薄膜

2.2 测试分析方法

第三章 Si基TiO2及TiO2-xNx薄膜研究

3.1 Si基TiO2及TiO2-xNx薄膜的制备

3.2 磁控溅射TiO2-xNx薄膜表征

3.3 TiO2-xNx薄膜退火研究

3.4 本章小结

第四章 LiAlO2及玻璃基TiO2-xNx薄膜研究

4.1 LiAlO2基和K9玻璃基TiO2及TiO2-xNx薄膜的制备

4.2 LiAlO2基TiO2及TiO2-xNx薄膜研究

4.3 K9玻璃基TiO2-xNx薄膜研究

4.4本章小结

第五章 结 论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文