基于柔性玻璃衬底ZnO∶B薄膜的非晶硅太阳能电池的制备及其光电性能研究

采用低压化学气相沉积法(LPCVD)在大面积(40 cm×40 cm)超薄柔性玻璃和硬质玻璃衬底上分别制备了B掺杂的ZnO(BZO)透明导电薄膜及非晶硅薄膜太阳能电池,对比了两种衬底上BZO薄膜的形貌、光学和导电性能及其非晶硅薄膜电池的性能。结果表明,在相同LPCVD工艺下,超薄柔性玻璃衬底上BZO薄膜的生长速率相对减小;当生长相同厚度BZO薄膜时,超薄柔性玻璃衬底的透光率相对于硬质玻璃衬底提高约2%,同时并具有相同的导电能力。在柔性玻璃衬底上制备的非晶硅薄膜电池的初始和稳定转化效率也相对提高,分别达到9.16%和7.82%。

用MOCVD方法制备ZnO：B透明导电薄膜及其性能优化

采用金属氧化物化学气相沉积(MOCVD)方法在石英衬底上生长氧化锌(ZnO)薄膜。改变薄膜材料的生长温度和掺杂气体硼烷(B_2H_6)的流速,制备一系列薄膜样品。通过X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透过率、反射率、电阻率和原子力显微镜(AFM)等测试分析,研究了材料生长温度和B_2H_6流速对薄膜生长速度、微观结构、薄膜晶向、光学透过率、光学禁带宽度、电阻率、表面粗糙度等特征参量的影响,经过优化实验条件,获得薄膜电阻率在10^(-3)Ω·cm量级,可见光区域光学透过率在85%以上,成功制备低电阻率高光学透过率的ZnO透明导电薄膜。

罗丹明B的ZnO膜光催化降解

采用纳米ZnO膜为催化剂对罗丹明B进行光催化降解试验。研究溶液pH、罗丹明B初始浓度、H2O2、膜的层数及光照时间对罗丹明B降解效果的影响,确定ZnO膜光催化降解罗丹明B的最佳参数。结果表明,酸性环境可以提高ZnO膜的光催化活性;罗丹明B初始浓度越低光降解的速度越快;H2O2可提高罗丹明B的降解速度;三层膜对罗丹明B的降解率高于单层膜的降解率。采用三层膜为催化剂,在35 mL初始浓度为5 mg/L、pH 1.46的罗丹明B溶液中加入适量的H2O2水溶液后进行光降解,紫外光照射60 min后,罗丹明B的降解率达到99.6%。

Sol-Gel法制备B-N共掺ZnO薄膜及光学性能研究

实验将B和不同含量的N元素掺入ZnO薄膜中,利用溶胶-凝胶(Sol-Gel)旋涂工艺分别在玻璃和硅衬底上制备B-N共掺ZnO薄膜.用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)和光致发光谱(PL)对B-N掺杂样品薄膜的晶体结构、表面形貌及光学性能进行表征.结果表明,B-N共掺后的薄膜样品,与未掺杂样品和B单掺样品薄膜相比,薄膜结构仍为六方纤锌矿相,且沿ZnO(002)衍射峰择优生长.随着N掺杂量的增加,样品的(002)衍射峰的强度先增强再减弱,当N掺杂量为3.0 at%时,衍射峰强度最强,更适合薄膜生长.此时c轴取向相对较好,结晶度高,薄膜表面性能最佳,透过率在90%左右,禁带宽度达到3.51 eV,紫外发光峰受到抑制.

基于SSCVD方法的a-b轴取向ZnO薄膜制备

以Zn4(OH)2(O2CCH3)6·2H2O为单一固相有机源,采用单源化学气相沉积法(Singlesourcechemicalvapordeposition,SSCVD)在Si(100)衬底上制备ZnO薄膜,用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)分析ZnO薄膜样品的晶体结构和微观形貌,并用X射线光电子能谱(XPS)对薄膜的锌氧化学计量比进行了分析。研究结果表明:在非平衡条件下所得到的ZnO薄膜沿a-b轴取向生长,基片温度对ZnO薄膜生长过程影响较大,随着基片温度的升高,薄膜呈现c轴生长趋势;晶粒成柱状、尺寸均匀、膜层结构致密;薄膜样品中nZn∶nO=0.985。

绒面ZnO薄膜的生长及其在太阳电池前电极的应用

研究了MOCVD技术制备的不同B2H6掺杂流量下ZnO薄膜的微观结构和光电性能变化.XRD和SEM的研究结果表明,ZnO薄膜具有（110）峰择优取向的绒面结构特征.当B2H6流量为10sccm时,在6cm×6cm面积玻璃衬底上生长出厚度为1000nm,方块电阻为~12Ω/□,平均透过率大于80%,迁移率为30.5cm2/（V.s）的绒面结构ZnO薄膜.PL谱测试表明B掺杂提高了ZnO薄膜的晶体质量,有力地说明了B掺杂ZnO薄膜具有更好的电学稳定性;低压H2氛围中退火可以有效提高ZnO薄膜的电子迁移率.将其用作Si薄膜太阳电池的前电极,电池性能与日本Asahi-UtypeSnO2作前电极的电池具有同等效果.

溅射时间对硼掺杂ZnO薄膜性能的影响

采用脉冲磁控溅射系统在玻璃衬底上制备了硼掺杂氧化锌(ZnO∶B)薄膜,利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、紫外-可见光-近红外分光光度计和四探针测试仪研究了溅射时间与薄膜的结构、光学和电学特性的关系。结果表明:ZnO∶B是多晶薄膜,具有六方钎锌矿结构且呈c轴择优取向,其透明导电性能优良,在可见光谱范围的平均透光率超过80%,薄膜电阻率随溅射时间延长而降低至3.0×10-3Ω·cm。

MOCVD制备的ZnO薄膜及其在太阳电池背电极应用

研究了利用LPMOCVD技术制备的不同B掺杂浓度对ZnO薄膜的微观结构和光电特性影响.对XRD和SEM的研究结果表明,B掺杂对ZnO薄膜的微观结构有重大影响.通过优化工艺,当B2H6流量为17sccm(约1%掺杂浓度)时,在20cm×20cm大面积衬底上生长出厚度为700nm,方块电阻为38Ω/□,透过率大于85%,迁移率为17.8cm2/(V·s)的绒面结构ZnO薄膜.其应用于太阳电池背反射电池后,可使电池短路电流提高将近3mA,使20cm×20cm面积的aSi集成电池效率高达9.09%.

溅射气压对硼掺杂ZnO薄膜光电特性的影响

采用脉冲磁控溅射系统在玻璃衬底上制备了ZnO∶B薄膜,利用霍尔测试仪和紫外-可见光-近红外分光光度计及逐点无约束最优化法,研究了溅射气压(0.1～3 Pa)对ZnO薄膜的光学和电学特性的影响。结果表明:ZnO∶B薄膜在可见光区域内的平均透光率高于80%,近红外波段的透过率及薄膜的电阻率与溅射气压成正比;折射率n随溅射气压降低呈下降趋势,其值介于1.92～2.09之间;在较低的溅射气压下(PAr=0.1 Pa)获得的薄膜电阻率最小(3.7×10-3Ω.cm),且对应着小的光学带隙(Eg=3.463 eV)。

“类金字塔”状ZnO改善硅异质结电池近红外波段外量子效率

因晶体硅是间接带隙半导体材料,其较低的吸收系数限制了对近红外波段入射光的吸收。为此,引入金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术制备的Zn O薄膜,并通过改变掺杂流量和沉积时间调节Zn O∶B(BZO)薄膜的光学和电学性能。将BZO薄膜用于硅异质结(SHJ)太阳电池的背反射电极,相比于传统结构,电池的反射率和外部量子效率在近红外波段得到显著改善。为进一步解释外量子效率增加的原因,在四甲基氢氧化铵(TMAH)湿法制绒的硅衬底上沉积BZO薄膜,得到了新型微纳米嵌套结构,并对其光吸收进行了测试分析。

染料敏化后ZnO超微薄膜的光电性能

采用直流气体放电活化反应蒸发沉积法，成功制备了ＺｎＯ超微薄膜。通过ＳＥＭ、紫外吸收光谱对ＺｎＯ超微薄膜性质进行了分析。采用罗丹明－Ｂ、叶绿素铜钠盐等染料对ＺｎＯ超微薄膜进行敏化，制作了光电化学电池。对敏化剂的特性进行了研究，实验证明罗丹明－Ｂ是很好的敏化剂。获得单位面积的最大开路电压为２２６ｍ Ｖ，最大短路电流为２２μＡ。

Z型异质结CdS/ZnO薄膜的光催化性能

针对ZnO的光吸收范围窄和光生载流子分离率低,阻碍其在光催化领域应用的问题,本文采用电沉积法、水热法制备具有良好光吸收能力的Z型异质结CdS/ZnO薄膜(CZ)。以罗丹明B作为降解目标,评估Z型异质结CZ的光催化降解性能。研究结果表明:CZ表现出优于ZnO或CdS的光催化降解性能,其中,氯化镉和硝酸锌物质的量比为1∶1制备的CZ具有最佳光催化降解性能,120 min内的光催化降解效率为69.52%,分别是ZnO和CdS的2.5、1.5倍。CdS对CZ光吸收能力的提高起着至关重要的作用。Z型异质结的形成有效地抑制了光生载流子的复合,从而增强CZ的光催化降解性能。此外,CZ在3次循环中表现出了良好的稳定性和便捷的可回收性。超氧自由基·O_(2)和羟基自由基·OH在光催化降解过程中起主要作用。

衬底温度对硼掺杂ZnO薄膜微观结构及其光电特性的影响

采用射频磁控溅射技术,改变玻璃衬底温度制备B掺杂ZnO薄膜,薄膜的微结构及其光电性能分别用X-射线衍射仪、紫外-可见分光光度计、四探针测试仪及粗糙度测试仪进行表征。结果表明：ZnO∶B薄膜样品表面平整,具有六角纤锌矿结构并呈C轴择优取向。所有薄膜样品在420~900 nm区间内的平均透光率大于91%。随着温度的增加,电阻率先减小后增大,但晶粒尺寸一直变大。衬底温度为100℃时电阻率可低至1.14×10-3Ω·cm,所有样品禁带宽度相对于本征ZnO蓝移。

ZnO/Au复合薄膜的制备及SERS性能的研究

为了研究ZnO/Au复合薄膜中不同浓度的金纳米颗粒对表面增强拉曼光谱(SERS)的影响,通过光还原反应将Au纳米颗粒沉积在ZnO薄膜上作为活性基底形成ZnO/Au复合薄膜,实现SERS基底的制备。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和EDS元素分析对样品进行性质表征,发现制备的ZnO薄膜均匀密布于玻璃衬底上,且金纳米颗粒成功地沉积在ZnO表面。利用探针式台阶仪测得ZnO薄膜的厚度为50 nm。以低浓度罗丹明B(10^-9 M)作为探针分子,改变Au纳米颗粒的浓度,进行SERS测试。结果表明,ZnO/Au复合薄膜具有良好的拉曼增强效应,在620 cm^-1,1355 cm^-1,1502 cm^-1,1646 cm^-1等位置出现了罗丹明B的明显特征峰。对比ZnO/Au复合薄膜中不同浓度的金纳米颗粒对检测罗丹明B的SERS增强效果,发现3 g·L^-1浓度下拉曼活性增强效果最佳。

Cu衬底上ZnO纳米结构及其光催化性能分析

采用两步电化学沉积法在Cu衬底上沉积得到ZnO纳米结构薄膜。用X-射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对其结构及形貌进行表征,发现先在Cu衬底上沉积一层Zn致密膜,更有利于在其表面上得到附着力强、形貌较好的ZnO纳米结构膜。系统考察了沉积温度和沉积时间等工艺参数对ZnO纳米结构的影响。结果表明,沉积温度和沉积时间对晶体结构和形貌有显著影响,通过对工艺进行适宜控制可以得到结晶性良好的六方纤锌矿型ZnO纳米结构膜。以罗丹明B为目标有机污染物,分析了ZnO膜的光催化性能,表明所制备的ZnO膜可以作为光催化剂,其光催化效率可达到72.4%。

B掺杂ZnO纳米薄膜的结构和光学特性研究

采用脉冲磁控溅射法制备了B掺杂ZnO(ZnO:B)纳米薄膜,并用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见-近红外分光光度计分别研究了薄膜的结构和光学特性。结果表明:ZnO:B为多晶纳米薄膜,具有六方钎锌矿结构,且薄膜沿着c轴取向择优生长;在可见光和近红外光谱区的透光性能良好,其中在可见光区的平均透光率大于84%,而在近红外区的透光率随着波长增加而逐渐降低至45%。运用逐点无约束最优化法分析计算了薄膜的光学常数,在可见光区,ZnO:B纳米薄膜的光学常数随波长的变化很小且数值基本恒定,折射率约为2.0,而在紫外区,光学常数随波长的变化显著。

缓冲层对太阳电池用ZnO:B薄膜结构及其光电性能的影响

通过优化ZnO缓冲层(buffer layer),有效地改善了由金属有机化学气相沉积(MOVCD)法制备的ZnO:B薄膜的光电特性。结果表明,"富氧"的缓冲层有效增加了ZnO:B-TCO的近红外区域透过率,使其更适应宽光谱薄膜太阳电池的发展要求。经过优化的ZnO:B,"类金字塔"状晶粒尺寸约300～500nm,波长550nm处绒度(haze)为10.8%,薄膜电子迁移率为20.7cm2/Vs,电阻率为2.14×10-3Ω.cm,载流子浓度为1.41×1020cm-3,且在400～1 500nm波长范围内的平均透过率为83%(含2mm厚玻璃衬底)。

梯度掺杂生长绒面结构ZnO:B-TCO薄膜及其特性研究

采用新的金属有机化学气相淀积(MOCVD)-ZnO镀膜工艺技术-梯度掺杂技术生长绒面结构。研究ZnO:B-TCO薄膜。结果表明,梯度掺杂技术可有效增加薄膜晶粒尺寸和提高光散射作用。并且,梯度掺杂技术有效地提高了薄膜在近红外区域的光学透过率,有利于应用于宽谱域薄膜太阳电池。生长获得的MOCVD-ZnO薄膜,其薄膜电子迁移率为24 cm2/V,电阻率为2.17×10-3Ω.cm,载流子浓度为1.20×1020cm-3,且在小于1 000 nm波长范围内的平均透过率大于85%。

B-N共掺p型ZnO薄膜的制备及性质研究

利用射频磁控溅射技术用N2和O2作为溅射气体在石英沉底上制备了B-N共掺的p型ZnO薄膜.Hall测量结果表明,室温电阻率、载流子浓度、迁移率分别为2.3Ωcm,1.2×1017cm-3,11 cm2/Vs.制备了ZnO基同质p-n结,研究了它们的I-V特性.探讨了B-N共掺的p型ZnO薄膜低温光致发光的微观机制.同时阐明了B-N共掺的p型ZnO薄膜的导电机制.

ZnO薄膜形貌的可控合成及其光催化性能研究

采用两步合成法在硅片基底上生长了ZnO纳米阵列.通过在反应溶液中添加不同量的丙醇,可以对ZnO纳米阵列的形貌进行有效的控制.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光致发光光谱(PL)、紫外可见漫反射光谱仪(DRS)等手段对获得样品的结构、形貌和光学性能进行了表征.另外,对不同形貌的ZnO纳米阵列在紫外灯下光催化降解罗丹B的活性进行测试研究.