氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜及其應(yīng)用

前言

透明導(dǎo)電氧化物（Transparent Conductive Oxide，TCO）薄膜是一類可見光透明的寬帶隙氧化物半導(dǎo)體通過摻雜或其他缺陷化學(xué)原理而制備的具有導(dǎo)電性的薄膜材料，主要包括以ZnO、SnO2、In2O3、CdO等為基體的摻雜型或多元氧化物復(fù)合的TCO材料體系。近年來，由于p型TCO、透明pn結(jié)等的發(fā)展，TCO的概念進(jìn)一步擴展至透明氧化物半導(dǎo)體（Transparent Oxide Semiconductor，TOS），從而發(fā)展成為一個新的研究方向——透明電子學(xué)（Invisible Circuits），引起學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛興趣。TCO薄膜具有可見光透過率高和電阻率低的特點，同時吸收紫外線，在近紅外區(qū)具有高反射率和對微波具有較強的衰減性，被廣泛應(yīng)用于太陽能電池、平板顯示、特殊功能窗口鍍膜以及其他光電器件領(lǐng)域。目前，對ＴＣＯ薄膜的研究主要集中在以下幾方面：大面積成膜、低成本制備ＴＣＯ薄膜；柔性襯底TCO薄膜；開發(fā)新型ＴＣＯ薄膜材料及器件；研究ＴＣＯ薄膜應(yīng)用中的技術(shù)問題。其中，ＺｎＯＴＣＯ薄膜因其具有應(yīng)用于硅基薄膜太陽能電池中的獨特優(yōu)勢而備受關(guān)注。  本書中主要論述溶膠凝膠法、噴霧熱分解法、電沉積法、化學(xué)浴沉積法等濕化學(xué)成膜工藝。依據(jù)成膜機理與特點，筆者將成膜技術(shù)分為氣相沉積法(包括物理氣相沉積法和化學(xué)氣相沉積法)與濕化學(xué)沉積法(溶膠凝膠法、噴霧熱分解法、電沉積法、化學(xué)浴沉積法等）兩大類。國內(nèi)關(guān)于薄膜科學(xué)與技術(shù)的論著較多，但大多偏重于氣相沉積法鍍膜，而有關(guān)濕化學(xué)法成膜的論著卻很少。濕化學(xué)沉積法（或溶液化學(xué)法）鍍膜是一類以溶液為起始材料制備薄膜的技術(shù)。與氣相沉積法成膜相比，濕化學(xué)法成膜是廉價的方法，無需復(fù)雜的真空設(shè)備，合成溫度低；無需高純昂貴的靶材，且原材料利用率高；溶液組分容易調(diào)整，均勻性好；能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、大面積成膜，因而更有潛力實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。缺點是薄膜的結(jié)晶性與組織致密化程度較差，因此對其工藝優(yōu)化或改進(jìn)也是本書討論的重點。另外，ZｎＯ納米線（或棒）陣列膜作為染料敏化太陽能電池（ＤＳＳＣ）的半導(dǎo)體材料也是近年來的研究熱點；濕化學(xué)法是生長ＺｎＯ納米線（或棒）陣列膜的主要方法，具有合成溫度低、易于大面積制備和成本低等優(yōu)點，而且納米線（或棒）陣列的形貌、長徑比、尺寸和密度分布的可控性好，本書也對此做了較詳細(xì)的討論。  本書是編著者及其研究小組在ＴＣＯ薄膜、薄膜太陽能電池、新能源材料與器件等方面所做工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)外關(guān)于ＴＣＯ薄膜的最新研究進(jìn)展與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展動態(tài)，主要論述了采用濕化學(xué)法制備ＺｎＯＴＣＯ薄膜的基本原理、工藝優(yōu)化、摻雜策略以及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等問題，在一定程度上代表了編著者的學(xué)術(shù)思想和研究方法。

內(nèi)容概要

　　本書主要介紹了新型zno基透明導(dǎo)電薄膜和低成本、大面積濕化學(xué)法成膜技術(shù)；概述了透明導(dǎo)電氧化物薄膜的透明導(dǎo)電機理、材料體系、摻雜策略、制備技術(shù)、應(yīng)用開發(fā)及發(fā)展趨勢；比較了氣相沉積法與濕化學(xué)沉積法的成膜機理；重點論述了溶膠?凝膠法、噴霧熱分解法、電沉積法、化學(xué)浴沉積法等低成本、大面積制備zno基透明導(dǎo)電薄膜和zno納米線陣列膜的濕化學(xué)法可控生長及其應(yīng)用于太陽能電池。
　　本書可供從事無機非金屬材料、透明導(dǎo)電氧化物（或透明氧化物半導(dǎo)體）、薄膜太陽能電池、新能源材料與器件等領(lǐng)域的科研人員和技術(shù)人員參考，也可供高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)的師生參閱。

書籍目錄

第1章透明導(dǎo)電氧化物薄膜概述
　1.1引言
　1.2太陽光譜基礎(chǔ)知識
　　1.2.1太陽常數(shù)與大氣質(zhì)量
　　1.2.2太陽光譜分布
　1.3tco薄膜的透明導(dǎo)電機理
　　1.3.1tco薄膜的透光性
　　1.3.2tco薄膜的導(dǎo)電性
　　1.3.3導(dǎo)電性與透光性的關(guān)系
　1.4tco薄膜的材料體系
　　1.4.1n型摻雜tco薄膜
　　1.4.2p型摻雜tco薄膜
　　1.4.3多元氧化物復(fù)合tco薄膜
　　1.4.4非晶tco薄膜
　1.5tco薄膜的應(yīng)用開發(fā)
　　1.5.1太陽能電池
　　1.5.2透明薄膜晶體管
　　1.5.3其他方面的應(yīng)用
　　參考文獻(xiàn)
第2章zno-tco薄膜的結(jié)構(gòu)、特性及制備技術(shù)
　2.1引言
　2.2zno的晶體結(jié)構(gòu)及基本性質(zhì)
　2.3zno的能帶結(jié)構(gòu)
　2.4zno-tco薄膜的摻雜策略
　　2.4.1化合價
　　2.4.2離子半徑
　　2.4.3電負(fù)性
　　2.4.4氧化態(tài)、離子外層電子構(gòu)型
　　2.4.5溫度
　　2.4.6madelung能
　2.5zno-tco薄膜的制備技術(shù)
　　2.5.1磁控濺射法
　　2.5.2脈沖激光沉積法
　　2.5.3電子束蒸發(fā)法
　　2.5.4金屬有機物化學(xué)氣相沉積法
　　2.5.5噴霧熱分解法
　　2.5.6溶膠-凝膠法
　　2.5.7電化學(xué)沉積法
　　2.5.8水熱法
　　2.5.9化學(xué)浴沉積法
　2.6zno納米線（或棒）陣列膜的可控生長
　2.7柔性襯底zno-tco薄膜的開發(fā)
　　2.7.1柔性襯底材料
　　2.7.2柔性 tco 膜的制備技術(shù)
　　2.7.3柔性襯底zno-tco膜的開發(fā)
　2.8絨面zno-tco薄膜的開發(fā)
　　參考文獻(xiàn)
第3章氣相沉積法與濕化學(xué)沉積法的成膜機理
　3.1引言
　3.2氣相沉積法的成膜機理
　　3.2.1薄膜生長的熱力學(xué)原理
　　3.2.2氣相沉積法成膜的動力學(xué)過程
　3.3溶膠-凝膠法的成膜機理
　　3.3.1成核與長大的熱力學(xué)原理
　　3.3.2成核與長大的動力學(xué)解釋
　　參考文獻(xiàn)
第4章溶膠-凝膠法制備zno基透明導(dǎo)電薄膜
　4.1引言
　4.2sol-gel法制備zno薄膜的化學(xué)反應(yīng)原理
　4.3sol-gel法制備zno薄膜的工藝控制
　　4.3.1溶膠體系
　　4.3.2基片處理
　　4.3.3鍍膜工藝
　　4.3.4熱處理制度
　　4.3.5工藝流程
　4.4sol-gel法制備zno薄膜的熱分解及晶化過程
　　4.4.1tg-dsc分析
　　4.4.2晶相組成與結(jié)構(gòu)表征
　4.5al摻雜對zno薄膜結(jié)構(gòu)及光電性能的影響
　　4.5.1晶相組成與結(jié)構(gòu)表征
　　4.5.2光學(xué)性能
　　4.5.3電學(xué)性能
　4.6al-sc共摻雜對zno薄膜結(jié)構(gòu)及光電性能的影響
　　4.6.1工藝流程
　　4.6.2晶相組成與結(jié)構(gòu)表征
　　4.6.3光學(xué)性能
　　4.6.4電學(xué)性能
　　4.6.5摻雜機制的解釋
　　參考文獻(xiàn)
第5章噴霧熱分解法制備zno基透明導(dǎo)電薄膜
　5.1引言
　5.2噴霧熱分解成膜技術(shù)的簡介
　5.3噴霧熱分解成膜的原理
　5.4噴霧熱分解成膜的設(shè)備與工藝控制
　　5.4.1前驅(qū)體溶液的配制
　　5.4.2霧化過程
　　5.4.3蒸發(fā)干燥過程
　　5.4.4熱分解過程
　　5.4.5薄膜的形核與長大過程
　5.5噴霧熱分解法制備致密zno基薄膜
　5.6噴霧熱分解法制備zno納米線（或棒）陣列膜
　　參考文獻(xiàn)
第6章電沉積法制備zno基透明導(dǎo)電薄膜
　6.1引言
　6.2電沉積法制備半導(dǎo)體材料的簡介
　6.3陰極還原電沉積zno薄膜的原理
　　6.3.1陰極還原的電沉積過程
　　6.3.2電化學(xué)反應(yīng)原理
　6.4電沉積法制備zno基薄膜的工藝控制
　　6.4.1電流密度
　　6.4.2電沉積溶液
　　6.4.3電沉積溫度
　　6.4.4攪拌作用
　　6.4.5換向電流與電流波形
　6.5電沉積法制備致密zno基薄膜
　　6.5.1zno薄膜的電沉積
　　6.5.2摻雜型zno薄膜的電沉積
　6.6電沉積法生長zno納米線（或棒）陣列膜
　　參考文獻(xiàn)
第7章化學(xué)浴沉積法制備zno基薄膜
　7.1引言
　7.2無電沉積法制備致密zno薄膜
　7.3化學(xué)浴沉積法生長zno納米線（或棒）陣列膜
　參考文獻(xiàn)
第8章染料敏化zno納米線（或棒）陣列太陽能電池
　8.1引言
　8.2基于半導(dǎo)體納米線（棒）陣列的太陽能電池
　　8.2.1太陽能電池的發(fā)展趨勢
　　8.2.2太陽能電池的性能表征
　　8.2.3基于半導(dǎo)體納米線（或棒）陣列的太陽能電池
　8.3染料敏化zno納米線（棒）陣列太陽能電池
　　8.3.1染料敏化納米晶太陽能電池的簡介
　　8.3.2染料敏化納米晶zno太陽能電池的發(fā)展歷史
　　8.3.3染料敏化納米晶zno太陽能電池的器件制作與輸出特性
參考文獻(xiàn)

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