膜厚对Zr,Al共掺杂ZnO透明导电薄膜结构和光电性能的影响

采用直流磁控溅射法在玻璃衬底上制备出Zr,Al共掺杂ZnO(AZZO)透明导电薄膜。用XRD和SEM分析和观察了薄膜样品的组织结构和表面形貌。研究表明:制备的AZZO透明导电薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有c轴择优取向。另外还研究了薄膜的结构、光学和电学性质随薄膜厚度的变化关系。当薄膜厚度为843nm时,电阻率具有最小值1.18×10-3Ω.cm,在可见光区(500～800nm)平均透过率超过93%。

溅射功率对Zr,Al共掺杂ZnO薄膜结构和性能的影响

室温下,采用直流磁控溅射法,在载玻片衬底上制备出了Zr,Al共掺杂ZnO(AZZO)透明导电薄膜。研究了溅射功率对薄膜的组织结构、表面形貌和光电学性能的影响。结果表明,制备的AZZO透明导电薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有c轴择优取向。当溅射功率为150W时,薄膜电阻率达到最小值1.66×10–3Ω·cm,在可见光区平均透过率超过93%。

Mg-Al共掺杂ZnO薄膜的制备及其光学特性

采用溶胶-凝胶(sol-gel)旋涂法在载玻片上制备了不同Al掺杂量的Mg-Al共掺杂ZnO薄膜.在室温下利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光(PL)谱仪等手段分析了Mg-Al共掺杂ZnO薄膜的微结构、形貌和发光特性.XRD结果表明Mg-Al共掺杂ZnO薄膜具有六角纤锌矿结构;随着Al掺杂量的增加,共掺杂薄膜呈c轴取向生长.由SEM照片可知薄膜表面形貌随Al掺杂量的增加由颗粒状结构向纳米棒状结构转变.透射光谱表明共掺杂薄膜在可见光区内的透射率大于50%,紫外吸收边发生蓝移.在室温下的PL谱表明Mg-Al共掺杂ZnO薄膜的紫外发射峰向短波长方向移动;Al掺杂摩尔分数为1%和3%的Mg-Al共掺杂ZnO薄膜的可见发射峰分别为596 nm的黄光和565 nm的绿光,黄光主要与氧间隙有关,而绿光主要与氧空位有关.

H/Al共掺杂对ZnO基透明导电薄膜光电性质和晶体结构的影响

利用H在ZnO中作为浅施主杂质的特性,研究了H掺杂对ZnO∶Al透明导电薄膜特性的影响。通过降低ZnO∶Al中Al的含量并同时引入H掺杂,解决了透明导电薄膜中高导电性与高透过率之间的矛盾。H的掺杂可以显著降低ZnO基透明导电薄膜的电阻率,这是由于H一方面作为施主可以提供电子从而提高了自由载流子浓度;另一方面与ZnO晶界中的O-结合降低了晶界势垒,提高了载流子迁移率。利用H掺杂,可以在Al掺杂量降低10倍的情况下,仍然能获得低电阻率(6.3×10-4Ω·cm)的透明导电薄膜,同时其近红外波段(1 200 nm)透光率从64%提高到90%。这种具有高导电性和高透光性的透明导电薄膜可以应用于各类薄膜太阳能电池中以提升器件效率。

F,Al共掺杂ZnO透明导电薄膜的制备及掺杂机理研究

本文采用磁控溅射技术,对F和Al共掺杂ZnO(FAZO)薄膜进行研究,系统地研究了溅射气压对薄膜结构、形貌、光电等特性的影响.实验研究结果表明:F,Al共掺入并未改变ZnO的生长方式,所制备的薄膜都呈(002)择优生长;随着溅射气压增加,FAZO薄膜的沉积速率降低,结晶质量恶化,表面形貌由“弹坑状”逐渐变为“弹坑状”与“颗粒状”并存的形貌特性,表面粗糙度增加.在0.5 Pa时制备的FAZO薄膜性能最优,迁移率40.03 cm2/(V·s),载流子浓度3.92×1020 cm–3,电阻率最低,为3.98×10–4 ΩW·cm,380-1200 nm平均透过率约90%.理论模拟结果表明:F和Al的共掺杂兼顾了F,Al单独掺杂的优点,克服了以往金属元素掺杂仅依靠金属元素轨道提供导电电子的不足,实现了既增加载流子浓度又减少了掺入原子各轨道间相互作用对载流子散射的影响.掺入的F 2p电子轨道对O 2p及Zn 4s电子轨道产生排斥,使它们分别下移,提供导电电子;同时掺入的Al的3s和3p电子轨道也为导电电子提供了贡献.F和Al共掺之后载流子浓度提升更加显著,导电性能增强.

Nb、Al共掺杂MoSi2弹性性质的第一性原理计算

Mo S2i是一种半金属化合物,有比较好的热传导性和导电性,一直作为一种耐高温合金被广泛使用。本文针对Nb和Al共掺杂Mo S2i后Mo S2i的弹性常数、导电性能、热传导性以及Mo S2i电子结构会发生的不同变化的情况,对Nb和Al共掺杂Mo S2i弹性性质的第一性原理计算做了具体相关探究。

Al/N共掺杂TiO_(2)薄膜的制备及光学性能

采用溶胶-凝胶旋涂法(Sol-Gel Spin-Coating Method)制备了Al掺杂量为3.00at%,N掺杂量分别为6.00at%,7.00at%,8.00at%和9.00at%的Al/N共掺杂TiO_(2)薄膜样品。对样品测试的结果表明,共掺杂样品依旧保留了TiO_(2)的基本结构,并且Al/N共掺杂样品的晶粒尺寸有不同程度的减小,使样品表面得以修饰,变得更加均匀、平整。共掺杂样品吸收边都出现了不同程度的红移,在紫外光区以及可见光区的吸光性都有所增强。N掺杂量为7.00at%时,(101)衍射峰值最大,峰型最尖锐,所得到的TiO_(2)薄膜的光学性能最好。共掺杂后的样品与本征TiO_(2)相比带隙值都有所减小,且最小值为2.873 eV。以上结果表明Al/N共掺杂TiO_(2)薄膜使其光学性能得到了改善。

第一性原理计算V-Al共掺杂CrSi_2的光电特性

采用第一性原理赝势平面波方法,对V-Al共掺杂CrSi2的几何结构、电子结构和光学性质进行了理论计算,并与未掺杂、V、Al单掺杂CrSi2的光电性能进行了比较。结果表明:V-Al共掺杂会增大CrSi2的晶格常数a和b,体积相应增大。V-Al:CrSi2是p型间接带隙半导体,带隙宽度为0.256eV,介于V、Al单掺杂CrSi2之间;费米能级附近的电子态密度主要由Cr-3d、V-3d、Si-3p、Al-3p轨道杂化构成。与未掺杂的CrSi2相比,V-Al:CrSi2的静态介电常数和折射率增大,εi(ω)在低能区有一个新的跃迁峰。在光子能量为5eV附近,εi(ω)的跃迁峰强度大幅减弱,吸收系数和光电导率明显降低,吸收边略有红移,平均反射效应减弱。V的掺入会削弱Al单掺杂的电子跃迁,V-Al共掺杂可以对CrSi2的能带结构和光学性质进行更精细的调节。

Nb、Al共掺杂MoSi_2弹性性质的第一性原理计算

通过第一性原理计算研究了Nb、Al共掺杂MoSi2晶体的电子结构、弹性常数和Mullikan布居数。结果表明,Nb、Al共掺杂可大幅提高MoSi2的韧性和导电性,当Nb和Al共掺杂量达到x=0.25时,MoSi2的弹性模量从408.86GPa降低到261.30GPa。MoSi2的电子态密度和Mullikan布居数分析表明,Nb和Al掺入后MoSi2电子态密度发生蓝移,费米能级处的电荷密度增加,体系的导电性能提高。掺杂后Mo-Al、Nb-Si键布居数减小,键长增大,原子间的共价性减弱,而Al-Si键间的共价性增强。晶体中各方向键长和键能的分布趋于对称化,MoSi2晶体韧性增强。

In,Al共掺杂ZnO纳米串光电探测器的组装与研究

用化学气相沉积法合成了高密度的In,A1共掺杂ZnO纳米串,用合成出的纳米串组装成了光电探测器.纳米串为六角纤锌矿结构,平均长度大约为5μm.研究了光电导的机制以及光电探测器的光电特性,包括在暗环境及紫外照射下的伏安特性、光电响应率和光电响应时间.结果表明,器件存在内部增益机制,光响应时间小于0.5 s,衰减时间约为23 s,可用于光电探测.

Al-N共掺杂金红石相TiO_2的第一性原理研究

本文采用了基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法对金红石相TiO_2进行了计算,其中内容包括未掺杂与单掺杂Al、单掺杂N以及共掺杂Al-N这四种不同情况下TiO_2的能带结构与态密度和光吸收系数的研究.计算结果表明:单掺杂Al和N时,均不同程度地改变了其能带结构,光吸收能力均有提高但效果不佳.在共掺杂Al-N时,TiO_2晶格常数产生了改变,并出现了新的杂质能级.由于杂质能级存在于TiO_2禁带范围内,减小了电子跃迁至导带所需能量,从而提高了其光吸收能力,其效果相对于单掺杂来说更有明显提高.

直流反应磁控溅射Al,N共掺方法生长p型ZnO薄膜及其特性

报道了利用直流反应磁控溅射以Al,N共掺杂技术生长p型ZnO薄膜 .ZnO薄膜在不同衬底温度下沉积于α Al2 O3 (0 0 0 1)衬底上 ,N来自NH3 与O2 的生长气氛 ,Al来自ZnxAl1-x(x =0 9)靶材 .利用XRD ,AFM ,Hall,SIMS和透射光谱对其性能进行了研究 .结果表明 ,ZnO薄膜具有高度c轴择优取向 ,4 5 0℃、6 0 0℃分别实现了p型转变 ,电阻率为 10 2 ～ 10 3 Ω·cm ,载流子浓度为 10 15～ 10 16cm-3 ,迁移率为 0 5～ 1 32cm2 / (V·s) .薄膜中Al原子促进了N原子的掺入 .实验还表明 ,p ZnO薄膜在可见光区域具有很高的透射率 (约为 90 % ) ,室温下光学带宽为 3 2 8eV .而在 4 5 0℃生长的p

Al、N共掺Zn_(1-x)Mg_xO薄膜的制备与性能研究

采用直流反应磁控溅射方法,由氨气和氧气的混合气体在玻璃和单晶硅衬底上制备Al、N共掺Zn1-xMgxO薄膜。采用XRD、FE-SEM、Hall实验、UV-VIS透射谱以及EDS等方法对共掺Zn1-xMgxO薄膜的结晶性能、电学和光学性能进行研究。结果表明:薄膜有明显的C轴择优取向,玻璃衬底上制备的p-Zn0.9Mg0.1O薄膜的电阻率为8.28Ω.cm,空穴浓度和迁移率分别为1.09×1019cm-3和0.069 cm2/V.s。并且掺Mg的ZnO薄膜透射光谱表现出明显的蓝移。p-Zn0.9Mg0.1O/n-Si异质结的I-V特性曲线表现出明显的整流特性,可以确定制备的Al、N共掺Zn0.9Mg0.1O薄膜的导电类型是p型的。

双掺杂策略助力单晶LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)材料

锂离子电池中,由超高镍LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)组成的层状正极材料是实现高能量密度的关键。高镍含量正极材料具有高能量密度、长寿命、低成本优势,商业化需求量很大。高压运行是提高锂离子电池能量密度的有效途径。然而,高压循环下不可逆的容量衰减使正极材料难获得高效的容量保持率。以Al_(2)O_(3)和TiO_(2)为掺杂物质,经高温固相烧结合成Al/Ti共掺杂的单晶正极材料LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)。用X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电镜对Al/Ti共掺杂的调节机制进行表征和分析。结果表明:Al/Ti共掺杂可有效抑制不可逆相变,促进Li^(+)的传输,稳定材料的层状结构。这项工作揭示共掺杂的关键作用,说明Al/Ti掺杂如何调控正极材料的晶体结构,为开发高性能层状正极提供新思路。

熔融盐法合成高密度锂离子电池正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.2-x)Al_xO_2

利用低共熔组成的0.38LiOH-0.62LiNO3混合锂盐体系,与高密度前驱体Ni0.8Co0.2-xAlx(OH)2(0≤x≤0.15)在低温下自混合,无需前期研磨和后续洗涤,直接制备出高密度Co-Al共掺杂的锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.2-xAlxO2(0≤x≤0.15)。X射线衍射分析结果表明,合成的LiNi0.8Co0.2-xAlxO2具有规整的层状α-NaFeO2结构。扫描电镜显示产物颗粒均匀,LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的振实密度达2.97g·cm-3。电性能测试表明,在0.2C放电倍率和3.0～4.3V的电压范围内,LiNi0.8Co0.15Al0.05O2首次放电比容量达167.5mAh·g-1,且具有良好的循环性能。

高密度锂离子正极材料前驱体Ni0．8Co0．2-xAlx(OH)2的制备

采用二次干燥的化学共沉淀法制备出了Co-Al共掺杂的高密度锂离子电池正极材料前驱体Ni0.8Co0.2-xAlx(OH)2(X=0,0.05,0.1,0.15,0.2).研究了不同Co-Al的掺杂比例,NaOH溶液的浓度、滴定速率、烘干方式等因素对前驱体振实密度的影响.XRD分析表明,不同掺杂比例的Ni0.8Co0.2-xAlx(OH)2均为六方层状的β型结构,晶型结构规整.充放电测试表明以此前驱体与LiNO3反应制得的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料具有良好的电化学性能.

高倍率型钴酸锂的制备及性能研究

用高温煅烧法制备Al、Zr双元素共掺杂钴酸锂(LiCoO_(2))正极材料,对双掺杂样品进行XRD、SEM和电化学性能表征,分析结果表明:Al、Zr均匀的掺杂在LiCoO_(2)晶格中,有效的提高了LiCoO_(2)的倍率性能,在常温(25℃),3.0-4.5V,以0.2C充电,分别以0.2C、0.5C、1.0C和2.0C放电,Al、Zr双掺杂LiCoO_(2)正极材料的放电比容量分别为189.3mAh/g、188.7mAh/g、187.7mAh/g和186.5mAh/g,首次效率达到97.4%。从Al、Zr掺杂LiCoO_(2)的电化学性能可以看出,Al、Zr掺杂处理更有利于Li~+的脱嵌,提高了LiCoO_(2)的倍率性能并保持良好的循环稳定性。

电化学技术处理盐酸丁卡因的研究

文章制备Al/Zn共掺杂Ti电极(Al/Zn-Ti电极)并利用其对盐酸丁卡因进行电化学氧化处理并考察降解过程的影响因素及探讨反应机理。结果表明Al/Zn-Ti电极电化学氧化盐酸丁卡因受初始浓度、电流密度及电解质浓度影响,而初始p H对降解不起作用。在盐酸丁卡因的初始浓度为50 mg/L,电流密度为30 m A/cm2,电解质浓度为0.1 mol/L时,Al/Zn-Ti电极的电化学降解效果最优,120 min反应后,COD去除率可以达到68%。对其中间产物分析得出,产生的·OH首先进攻盐酸丁卡因苯环上的基团使其开键断裂。

直流电弧放电法制备Er^(3+)-Yb^(3+):Al_2O_3纳米粒子的上转换发光特性研究

采用直流电弧放电法成功制备了粒度约60nm的Er3+-Yb3+共掺杂Al2O3纳米粒子.通过978nm激光二极管(LD)激发,获得位于526,547nm的绿色和677nm的红色上转换发光,分别对应于Er3+的2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁.退火对于样品的上转换发光具有较大影响:退火前,红色发光明显,退火后则以绿色发光为主.(ErYb)3Al5O12和α-(Al,Er,Yb)2O3混合相中增强的激发态吸收4I11/2+光子→4F7/2和能量传递2F5/2(Yb3+)+4I11/2(Er3+)→2F7/2(Yb3+)+4F7/2(Er3+)过程导致绿色上转换发光显著增加.绿色和红色上转换发光过程均为双光子上转换吸收.结果表明直流电弧放电法是一种极具发展潜力的光学材料制备方法.

NH3气氛处理制备p型ZnO薄膜及性能表征

采用NH3气氛处理直流/射频共溅射方法制得的ZnO:Al薄膜,从而获得Al+N共掺p型ZnO薄膜.XRD,场发射扫描电子显微镜测试及Hall效应测试发现,处理温度对ZnO薄膜的结构和电学性能具有较大的影响,其中处理温度为700℃时,薄膜具有较好的c轴择优取向,并且薄膜表面平整,结构紧密,晶粒大小均匀,无明显空洞和裂缝,具有良好的表面质量,晶粒尺寸约为40—60nm,薄膜的导电类型由n型转变为p型.