1、毕业设计文献综述通信工程太阳能用透明导电AZO薄膜的研究摘要氧化锌掺铝（AZO）透明导电薄膜是一种重要的功能性材料。在可见光的范围内，有着很高的透射率，在高温条件下化学性质稳定，不易与氢和氢离子发生反应，不会使太阳能电池材料活性降低。材料来源丰富，价格便宜，在太阳能，光电传感，液晶显示，雷达通信等领域有着广泛的应用前景。目前制备AZO膜的方法有磁控溅射法，化学气相沉积法，溶胶凝胶法等。溶胶凝胶法是制备薄膜的一种比较经典的技术，一般以醋酸锌和氯化铝为原料使锌的化合物沉积出来，制成涂层并退火，制成的薄膜均匀性好，对衬底附着力强，且制备条件相对缓和，无需真空，适合工业生产。关键字AZO；太阳能；光电
2、传感；溶胶凝胶法。引言AZO薄膜的制备技术发展非常快，有直流磁控溅射法，射频磁控溅射法，化学气相沉积法，溶胶凝胶法等1。因为其在真空条件下的制备条件非常苛刻，设备昂贵，操作复杂，所以如何实现低成本，大规模生产是一个热门的研究课题。而溶胶凝胶法无需真空设备，成本低，适合批量生产。本课题主要研究的是室温下不同的AL3掺杂浓度对导电薄膜导电率的影响，以及实验温度，溶胶浓度对薄膜的导电性能的影响，最终确定最佳的AL3掺杂浓度和反应条件。研究的背景及意义伴随着太阳能产业的发展，透明导电氧化物薄膜随之发展起来。此类薄膜具有电阻率低，可见光区的透射率高等优良的光电特性，在太阳能电池，平面显示，雷达，传感器等
3、光电领域有着广阔的应用前景。薄膜太阳能电池可以广泛的应用于通信电子产品中，节省了宝贵的能源，而且无污染。在山区或者偏僻的地方，通信电子产品往往受到没有电源的困扰，而薄膜太阳能电池的应用恰好可以解决这个问题。在通信领域的信息接收方面，AZO薄膜良好的光电特性可以用于光电传感器，薄膜将光电电子器件和传统的硅平面工艺相结合，具有良好而稳定的化学和物理特性，可广泛应用于光电探测，传感器和光通信领域。所以研究AZO透明导电薄膜的性能和最佳制作工艺具有积极的意义2。国内外研究现状AZO透明导电薄膜是金属透明导电薄膜的一种，而金属氧化物透明导电膜种类繁多且研究比较早，BAKDEKER于1907年第一个报道了
4、CDO透明导电膜。1950年前后出现了硬度高、化学性能稳定的SNO2。基和综合光电性能优良的IN2O3基薄膜。1985年，TAKEAOJIOSIZOMIYATA首次用气相聚合方法合成了导电的PPYPVA复合膜，从而开创了导电高分子的光电领域。2009年，日本开发出可替代ITO的透明导电薄膜3。在AZO透明导电薄膜的领域，国内外的学者也已经有广泛的研究，光是AZO薄膜的制备方法就有直流磁控溅射法，射频磁控溅射法，脉冲激光沉积法，喷雾热分解法，化学气相沉积法，以及溶胶凝胶法等等4。关于溶胶凝胶法制备AZO透明导电薄膜的研究也有很多，研究者都专注于如何提高薄膜结构和光电特性。用溶胶凝胶法制备的AZO
5、薄膜的电阻率在710410CM之间，而用溅射法得到的AZO薄膜的电阻率比用溶胶凝胶法得到的要优异，可以达到1104CM，为了提高AZO薄膜的性能，各国研究人员进行了大量的研究，并取得了一些成果。有研究认为AZO薄膜在还原气体气氛中进行退火和热处理可以提高薄膜的光电性能。科学家OHYAMA等采用乙二醇甲醚和单乙醇胺等高沸点溶剂，可促使AZO薄膜的择优生长，以提高薄膜的光电性能5。实验方法特点溶胶凝胶法对生产工艺的要求低，简单，易于掌握，成本低，广泛地应用于合成和制备各类薄膜。具体的优点有6工艺的过程温度低，无需复杂昂贵的设备和真空条件，制备过程简单易控制；成膜均匀性好，组分均匀度可达分子或原子水
6、平。制成的膜纯度很高。可在溶液中掺入一些离子或其他颗粒，有效控制和改变薄膜材料的微观结构。在制备方面可以大面积地成膜，也能制成各种几何形态块体、薄膜、粉末、纤维等。主要的缺点有衬底需要高温热处理，薄膜的厚度不易控制和掌握。制备过程中有诸多变量影响薄膜的质量。相比较而言，溶胶凝胶法仍是目前为止制备薄膜的一种优异的方法，为薄膜制备的发展提供了有利空间。实验工艺过程溶胶凝胶法的基本工艺如图11所示6水解聚缩陈化涂层干燥热处理图11溶胶凝胶法基本工艺过程示意图第一步制取包含金属醇盐的均相溶液，保证醇盐水解反应在分子水平进行。因为金属醇盐在水中溶解度不大，所以一般选取醇作为溶剂。催化剂对反应的各个部分如
7、水解、缩聚和陈化等都有重要的影响。为保证溶液良好的均相性，在制备过程中需要长时间的搅拌。第二步就是制备溶胶。制备溶胶一般有两种方法颗粒法和聚合法，这两者的差别是加水量的不同。颗粒法是加入大量水，使前驱体充分水解而后形成溶胶；聚合法加水量很少，是在控制水解条件下使水解产物和醇盐分子聚合而成的。第三步是制备湿凝胶。溶胶在容器中长时间放置，由于缩聚反应进行或溶剂蒸发导致凝胶陈化。陈化过程中，胶体粒子逐渐形成网状结构，整个溶胶体系失去流动特性，制品的涂膜，浇注等可在这期间完成。第四步是凝胶的干燥，由于湿凝胶包含大量液相组分，会在干燥过程中伴随极大的体积收缩变化，从而引起开裂，因此要严格地控制干燥条件。
8、第五步是对干凝胶进行热处理，制备成品。在热处理过程中，会发生凝胶的致密化过程，由于凝胶的高活性和高比表面积，其烧结温度通常比粉料胚体低几百度，因此可以采用热压烧结工艺以提高成品质量8。实验样品的分析与检测采用紫外可见分光光度计（UVVIS）、拉曼光谱和电阻测试装置对实验样品进行分析与检测。紫外可见分光光度计（UVVIS）物质吸收光谱其本质是物质中的分子和原子吸收了入射光中的某些特定波长的光的能量，在对应能量的影响下发生了分子振动能级跃迁和电子能级跃迁而导致的结果。由于各种物质具有各自不同的分子、原子和不同的分子空间结构，其吸收光能量的情况也就不会相同，因此，每种物质就有其特有的、固定的吸收光谱
9、曲线，可根据吸收光谱上的某些特征波长处的吸光度的高低判别或测定该物质的含量，这就是分光光度定性和定量分析的基础。分光光度分析就是根据物质的吸收光前驱体溶剂催化剂溶胶湿凝胶干凝胶成品谱研究物质的成分、结构和物质间相互作用的有效手段。本实验中主要用于测试样品的透过率和禁带宽度。拉曼光谱拉曼光谱和红外光谱都属于分子振动光谱，红外光谱是吸收光谱，拉曼光谱是散射光谱。振动光谱是检测分子中原子间化学键的振动引起的能级跃迁而辐射的光波。拉曼光谱是分子中的非弹性光散射现象引起的。同红外光谱一样，拉曼光谱也是用来研究分子的转动和振动能级的，拉曼活性需要分子有极化率的变化，这与红外光谱不同。因此，红外和拉曼光谱研
10、究分子结构及振动模式是相互补充的。方块电阻分析方块电阻也称面电阻，指一块正方形薄膜导电材料边与边之间的电阻，是一个重要的薄膜膜层物理参数，单位是/。方块电阻除了能表示出膜层方块电阻值，还可以间接反应出膜层厚薄。而且通过多点测试,还能够反应出整片镀膜膜层的均匀情况。所以它是用来衡量镀膜膜层质量的主要标准。当确定了膜层的方块电阻后,膜层的光学透过率和厚度可通过经验得出17。总结本课题研究的主题是太阳能电池用透明导电AZO薄膜，从实验室的实际出发，制定了用溶胶一凝胶工艺制备和研究太阳能电池用透明导电AZO薄膜。主要研究室温下不同的AL3掺杂浓度对导电薄膜导电率的影响，以及实验温度，溶胶浓度对薄膜的导
11、电性能的影响，最终确定最佳的AL3掺杂浓度和反应条件。尽管相关学者所做的研究已经不少，如对AZO薄膜的制备，组织结构和光电特性的研究，但是对AZO膜的微观结构和化学计量掺杂比还是没有深入的研究。本课题所做的主要研究是考察AL的掺杂量，溶胶凝胶反应温度，退火温度等对薄膜微观结构的影响，以确定最佳的制备条件。在课题实验中需要解决的主要问题是溶胶凝胶的工艺，这关系到薄膜能否制备成功且很大程度上决定了薄膜的质量。首先根据计算的配比确定ZN（COOH）22H2O和ALCL3乙二醇甲醚的量，再将ZN（COOH）22H2O和ALCL3溶于乙二醇甲醚中，置于锥形瓶，用水浴法控制温度，用电磁搅拌器搅拌，制备胶体
12、。然后取胶体滴在石英玻璃上，用匀胶机进行旋转涂层。最后用恒温烤箱对AZO膜进行退火处理，薄膜制备完成。这里需要分析对比的量是水浴温度的高低，AL掺杂的质量比多少，匀胶机旋转涂层的速度和涂层时间，涂层次数，以及最后退火温度的高低这些对AZO透明导电薄膜的结构和性能影响。参考文献1李世涛，乔学亮，陈建国透明导电膜的研究现状及应用J激光与光电子学进展，2003，40753592刘玉萍，陈枫，郭爱波，李斌等AZO透明导电薄膜的制备技术及应用进展J真空与低温，2007,13（1）153陈福,赵恩录,张文玲,苟金芳,曾雄伟AZO导电薄膜的研究进展及应用J玻璃，2007,191（2）13154江自然ITO透
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14、KA,HISAOUCHIKIPREPARATIONOFCU2ZNSNS4THINFILMSOLARCELLSUNDERNONVACUUMCONDITIONJPHYSSTATUSSOLIDIC,2009,123312368葛水兵，程珊华，宁兆元ZNOA1透明导电膜的制备及其性能的研究J材料科学与工程，2000，L8377799张亚萍，李启甲掺铝氧化锌AZO导电薄膜的研究进展J现代显示,2006,3515410王炜,王波涛，董晓冈，薛钰芝溶胶凝胶方法制备ZNOAI薄膜及其制备工艺条件研究J感光科学与光化学,2007,251636811梁庆,徐刚,甄恩明,陈丽华,苗蕾透明导电薄膜对太阳能平板集热器性
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