太阳能电池用透明导电AZO薄膜的研究

1、编号:字/大考ningbo university本科毕业设计（论文）题目：（中文）太阳能电池用透明导电azo薄膜 的研究（英文）research of transparent electric conduction azo thin film for solar cell uses学院信息科学与工程学院专业通信工程班级通信072学号 074100723姓名龚力指导教师徐键 职称教授完成日期2011年5月20日宁波大学信息科学与工程学院本科毕业设计（论文）诚信承诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文太阳能电池用透明导电azo薄膜 的研究均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料, 均

2、作了注释，若有不实，后果由本人承担。承诺人（签名）：龚力2011年5月20日i太阳能电池用透明导电azo薄膜的研究（论文题目）太阳能电池用透明导电azo薄膜的研究摘要【摘要】太阳能电池用透明导电azo薄膜有良好的光电特性,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。本文主要研究用溶胶凝胶法制备氧化锌掺铝（azo ）的透明导电薄膜并进行薄膜的性自飙试和 分析。实验中采用紫外-可见分光光度计（uv-vis x拉曼光谱和电阻测试装置，研究了 a1的捧杂量、退火温度以及薄 膜层数等实验参数对薄膜光电性能的影响.通过数据对比和分析确定了本实验中最佳的azo薄膜的制备方案。【关键词】

3、azo导电薄膜；溶胶凝胶法；光谱分析。宁波大学信息科学与工程学院本科毕业设计（论文）research of transparent electric conductionazo thin film for solar cell usesabstractabstract ) the tiansparent electric conduction azo thin film fbr solar cells have good electto-optical characteristics,stable chemistry and physical property it may widely ap

4、ply m the photoelectric detection, the sensor and the optical communication domain. this aiticle is about the prepaiation of zmc oxide mixes the alunmium (azo) transparent conductive film by sol-gel method. the samples are investigated by uv-visjainan spectnmi and resistance testing device.we study

5、about the al doping quantity ,annealmg teinpeiature what mfluences the electro-optical perfbnnance of azo transparent conductive films.finally we has determined the best azo thin film preparation plan in this expernnent by data contrast and analysis.keywords azo conductive film ； sol-gel method ; sp

6、ectral analysis .ni太阳能电池用透明导电azo薄膜的研究（论文题目）abstractill目录iv1 弓i rn 11. 1透明导电薄膜11.2透明导电azo薄膜的研究现状和应用前景11.2 . 1 透明导电azo薄膜的研究现状11.3 .2透明导电azo薄膜在通信工程中的应用前景11. 3azo薄膜的基本结构和光电特性11. 3. 1azo薄膜的基本结构11.3.2azo薄膜的光电特性22实验部分32.1 实验原料和仪器设备32 . 1. 1实验原料33 .1.2实验仪器设备32.2 基片和实验仪器预处理32 . 2. 1基片的选择33 . 2.2基片的清洗34 .2.3基

7、片的干燥45 .2.4实验仪器的预处理42.3 薄膜的制备方法42.4 溶胶凝胶法42.4.1 溶胶凝胶法的特点42.4.2 溶胶凝胶法的基本原理52.4.3 溶胶凝胶法的工艺过程52.5 溶胶凝胶的制备62. 5. 1原料计算和配比63. 5.2水浴并搅拌64. 5. 3 旋转涂层法和提拉浸渍法62.6 烘焙及退火72.7 整体制备工艺73 结果与讨论83. 1引言84. 2紫外可见光光谱测试和分析85. 3薄膜的拉曼光谱的测试分析136. 4电阻分析153. 5实验中遇到的困难及解决方法164 结论184. 1实验结论18参考文献19致谢21v宁波大学信息科学与工程学院本科毕业设计（论文）

8、1引言1.1 透明导电薄膜透明导电薄膜是一种把光学透明性能和电学导电性能更合在一起的光电材料p透明导电薄膜有 很好的导电性能，在可见光范闱内又有很高的透光性，而且在红外光范围内具有很高的反射性。这 种薄膜材料打破了人们头脑中的传统观念。在自然界中，透明物质通常是不导电的，如水晶、玻璃 等：而导电性能好的物质往往是不透明的，如石墨、金属等。透明导电薄膜因为其透明与导电性能 的良好结合，成为了功能材料中极具特色的一种薄膜，在光电产业有着广阔的应用前景闺。1.2 透明导电azo薄膜的研究现状和应用前景1.2.1 透明导电azo薄膜的研究现状近年来，随着能源的口益紧缺，太阳能用透明导电azo薄膜的研究

9、受到各国越来越多的重视。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。磁控溅射法不容易取得大面积 的薄膜涂层，化学气相沉积法不能够很好地实现化学计量比的控制。本实验研究采用的溶胶凝胶法是 目前制备薄膜的一种比较经典和成熟的方法，一般以醋酸锌和硝酸铝为原料使锌的化合物沉枳出来， 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，工艺相 对比较容易控制，对外界的要求不苛刻，无需采用特殊的控制环境条件的装置，适合实验室条件下制 备。1. 2. 2 透明导电azo薄膜在通信工程中的应用前景透明导电azo薄膜薄膜具有电阻率低，可见光区的透射率高等优良

10、的光电特性，在太阳能电 池，平面显示，雷达，传感器等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。1.3 azo薄膜的基本结构和光电特性1 . 3.1 azo薄膜的基本结构氧化锌掺铝薄膜（azo）具有c轴择优取向的六方纤锌矿结构，ap-对zn的

11、部分替换使得azo 的晶格常数发生了变化；经过热处理后的azo导电薄膜为六方纤锌矿结构，并且呈（002）择优取向。 根据晶体学的模型，zno晶体晶格常数c=0. 521nm, a=0. 325 mu,配位数为4： 4,其中每个锌原3太阳能电池用透明导电azo薄膜的研究（论文题目） 子都位列于四个相邻的氧原子所闱成的四面体间隙中，但是只占其中半数的氧原子四面体间隙，氧 原子排列的情况与锌原子相同。一个单位晶格含有两个分子，体枳v0. 047615 mn3,所以这种 结构比较开放，在氧化锌薄膜中掺入一定比例的ap+就容易制成间隙固溶体式薄膜工 1. 3.2 azo薄膜的光电特性氧化锌掺铝薄膜（az

12、o）的禁带宽度严格大于可见光子能量，所以在可见光的照射下并不能引 起本征激发，因此它对整个可见光都是透明的。随着薄膜电阻率的降低，azo薄膜吸收边向可见光 的短波方向移动，载流子浓度很高，高度简并的azo薄膜表现出类金属的性质。而且azo导电薄膜 的红外反射率会随着膜厚的增大而增大，随着方块电阻减小而增大。所以，azo薄膜具有良好的导 电性能。azo薄膜有较宽的禁带宽度，因此在可见光的范围内是透明的，而且azo薄膜具有紫外截止的 性能。azo薄膜在可见光范围内的透射率约在80%以上，使得大部分的可见光波段的能量都能从薄 膜透射过去，只有少数能量被吸收以及反射工透明导电薄膜的另一个显著特性是在红

13、外波段具有高 反射率，能够反射掉很大部分热辐射能量，从而避免了在电子器件的应用中因为吸收了太多能量而 造成升温过快、过高的问题。所以，azo薄膜具有可见光区的高透射率、红外区高反射率等良好的 光学性能。2实验部分1.1 实验原料和仪龄设备1.1.1 实验原料乙酸锌 分子式：zn（ch3coo）2-2h2o分子量：219.51性状：白色单斜片状晶体，微带醋酸味。熔点235。可溶于水和乙晦，密度l735g/cm3。硝酸铝 分子式：a1（no3）3 9h2o分子量：375.13性状：无色或白色易潮解的单斜晶体。熔点73.5。0易溶于冷水、乙醇、二硫化碳，不溶于 乙酸乙酯，微溶于丙酮。乙醇胺 分子式：

14、c2h7no分子量：61.08性状：在室温下为无色透明粘稠液体，具有吸湿性和氨臭。熔点10.5。与水混溶，微溶于 苯，微溶于四氯化碳和乙醛。实验中作稳定剂用。无水乙醇 分子式：c2h50h分子量：46.07性状：无色液体，有特殊香味。熔点114.39，沸点78.4。以 液态时密度0.789 g/cnp,与 水混溶，也可以与氯仿，甘油等有机溶剂混溶。乙二醇甲醛 分子式：c3h8。2分子量：76.09性状：无色，具有酸气味的有毒液体。熔点-86.5oc。相对密度0.97,与水混溶，可混溶于酮、 醇、烧类，性质稳定，实验中用作溶剂。1.1.2 实验仪器设备锥形瓶、磁石、超声波清洗机（ds-60a）、

15、磁力加热搅拌器（79-1）、电子天平、匀胶机、箱式 电阻炉（sx2-2.5-12）、电热恒温干燥箱（202-a0）.扫描电子显微镜（sem）、紫外-可见分光光度 计（uv-vis）、拉曼光谱分析仪、万用表。1.2 基片和实验仪器预处理本实验采用的基片有石英基片和硅基片。实验之前，把基片裁剪成l5cmx5cm的长条状方便 进行实验。实验用的锥形瓶和磁石要进行彻底清洗。2. 2.1基片的选择本实验中选用了石英片和硅片两种不同的基片。石英基片是透明的，是透明导电azo薄膜的 良好的基片载体，可以清晰地看到光在波导中的传播效果。硅是半导体，性质稳定且有良好的机械 性能，是一种极好的光学底层材料。2 .

16、 2.2基片的清洗宁波大学信息科学与工程学院本科毕业设计(论文)洗石英基片的时候，先在石英基片上滴一些洗涤剂，用干净的纸擦拭表面，然后用蒸储水冲洗, 再往塑料杯中加入适量蒸储水，将石英基片放入杯中，放入超声波清洗机（ds-60a）中清洗30分 钟，取出后用擦镜纸擦拭石英基片，最后用无水乙醇把石英基片冲洗干净。洗硅基片的时候，先将 洗涤剂滴在硅基片表面上，用干净的纸擦拭表面，然后用蒸储水将表面冲洗干净。若表面还有污垢, 可用丙酮或无水乙醇冲洗，对于特别难除去的污垢和油脂，可用少量氢氟酸清洗。3 .2.3基片的干燥清洗完的基片，放入干燥箱中进行干燥。但是由于基片处在一个开放的环境中，空气中的灰尘

17、会吸附在尚未干燥的基片表面而对基片造成污染，这污染虽然不明显，对实验的影响却很大。因此 我们要尽量减少还未干燥的基片和空气接触，避免过多灰尘污染。所以基片干燥之前都要用无水乙 醇冲洗一下，因为乙醇易于挥发。4 .2.4实验仪器的预处理锥形瓶和磁石要进行彻底清洗。放一些洗涤剂在锥形瓶中，先用蒸储水洗涤，磁石上放洗涤剂 后用刷子刷去污渍，用蒸储水冲洗干净后放进锥形瓶，锥形瓶和磁石洗涤完毕后用无水乙醇冲洗一 遍，放在阴凉干燥处晾干。对锥形瓶进行编号。1.3 薄膜的制备方法针对不同的用途和要求，国内外研发出了多种薄膜的制备方法，主要有口】磁控溅射法、喷雾热 解法（sp）、溶胶凝胶法、脉冲激光沉积（pl

18、d）法、化学气相沉积（cvd）法、液相沉枳法和真空蒸镀 法等。各种方法虽然各具特点，但都致力于完善薄膜性能、降低制备成本、提高控制精度和适应大 规模生产。1.4 溶胶凝胶法溶胶是指极其微小的固体颗粒物悬浮分散在液相中，并且时刻不停地进行布朗运动的体系。溶 胶凝胶法制备薄膜的基本原理是切：以无机盐或金属醇盐为起始原料（称为前驱体），溶于溶剂（水 或有机溶剂）中形成均匀的溶液，溶质与溶剂产生水解反应或者醇解反应，反应后的生成物聚集成 inm左右的粒子并形成溶胶，再以溶胶为原料在各种基材上进行涂腴处理，经干燥处理后得到干凝 胶膜，最后在一定的温度下烧结烘焙即得到所需的薄膜。1.4.1 溶胶凝胶法的特

19、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：（1）工艺的过程温度低，无需更杂昂贵的设备和真空条件，制备过程简单易控制；（2）成膜均匀性好，组分均匀度可达分子或原子水平。（3）制成的膜纯度很高。(4)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。(5)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：(1)衬底需要高温热处理，薄膜的厚度不易控制和掌握。(2)制备过程中有诸多变量影响薄膜的质量。(3)制品容易开裂，这是由于凝胶存在大量液相在高温干燥时产生收缩引起的。相比较而言，

20、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。1.4.2 溶胶凝胶法的基本原理以无机盐或金属醇盐为起始原料，溶于溶剂中形成均匀的溶液，产生水解或醇解反应，反应后 的生成物聚集成inm左右的粒子并形成溶胶，在基板上进行涂膜并干燥处理后得到干凝胶膜，最后 在一定的温度下烧结烘焙即得到所需的薄膜。基本的反应原理有口】：(1)水解反应：类似于金属醇盐m (or) n的非电离式分子前驱体与水反应：m (or) n+xh20fm (oh) x (or) n-x+xroh(1-1)反应可持续进行，直到生成m (oh) n(2)醇解反应：类似于金属阳离子的能电离的前驱体，可

21、吸引水分子形成m (h9)：m (h2o) nz+=m (h2o )n-l(oh) z-1+h+(1-2)(3)缩聚反应：分为失水缩聚和失醇缩聚：失水缩聚：一moh+hom-mom+h2o(1-3)失醇缩聚：一mor+hom-mom+roh(1-4)1.4.3 溶胶凝胶法的工艺过程溶胶凝胶法的基本工艺如图1-1所示3:溶胶-凝胶法基本工艺过程示意图图i7太阳能电池用透明导电azo薄膜的研究(论文题目)第一步制取包含金属晦盐的均相溶液，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水解、缩聚和陈化等都有重 要的影响。为保证溶液良好

22、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晦盐分子 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。第五步是对干凝胶进行热处 理，制备

23、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枳，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。1.5 洛胶凝胶的制备将一定量的乙酸锌溶于乙二醇甲醛溶剂中，添加与乙酸锌等摩尔的单乙醇胺作为稳定剂，溶液 浓度为0. 75mol / la再把硝酸铝溶于无水乙醇中，根据配比添加到乙酸锌溶液中。配置好后将溶 液在609水浴中搅拌lh,冷却至室温，制得淡黄色透明均匀溶胶。静置24-48小时陈化后，用旋转涂 层法和提拉浸渍法涂膜，最后进行烘焙及退火，制成实验样品。1.5.1 原料计算和配比(1)制备0.5mol，l的zn(ch3co0)才2比0溶液。

24、先用电子天平称量2.195克zn(ch3coo)hq 放入容量50ml的锥形玻璃烧瓶中，再用移液管往锥形瓶中注入20ml的乙二醇甲醛，轻轻摇匀，最 后加入与zn(ch3coo)2-2h2o等摩尔的乙醇胺，即0.61ml的乙醇胺作稳定剂。摇匀至乙酸锌完全溶 解。配置相同的溶液三份并在锥形瓶上编号0、1、3。(2)制备o.lmoll的a1(no3)3 - 9h9溶液。首先用电子天平称取0.3751克a1(no3)3 - 9hg 放入容量20ml的广ii试剂瓶中，再用移液管往瓶中注入10ml无水乙醇，摇匀至硝酸铝完全溶解。(3)根据实验计划，分别配置al/zn为0%、1%、3%的溶液。往编号为0的锥

25、形瓶中不加入 al(nc)3)39hq溶液，用移液管分别往编号为1、3的锥形瓶中滴加1ml和3ml o.lmol/l的 al(nch)39hq溶液。配置好的三份样品都为无色、均匀、透明溶液。1.5.2 水浴并搅拌把3份配置好的溶液固定在加热磁力搅拌器上，用铝箔片盖住锥形瓶的瓶i i防止加热搅拌时溶 液溅出，然后用水浴法加热并搅拌，用热偶电阻控制温度在60c 一小时后停止加热和搅拌，冷却 至室温，制得淡黄色透明均匀溶胶。1.5.3 旋转涂层法和提拉浸渍法#太阳能电池用透明导电azo薄膜的研究（论文题目）实验采用了旋转涂层法、提拉浸渍法两种制备薄膜的方法。（1）旋转涂层法：采用旋转涂层法制备薄膜，

26、理论上要求在超净环境中进行。由于实验室条件 的限制，通过一系列的研究和尝试，我们得出了旋转涂层时尽量减少空气中及外界大颗粒杂质影响 的方法：关闭实验室的门窗，尽量减少空气流动带来的颗粒污染；旋转涂膜前，使用擦镜纸擦去匀 胶机匀胶平台上粘附的颗粒；旋转涂层时，液体会因为离心力溅射在匀胶机中，为了防止污染，通 常会在里面垫上纸巾。但是纸巾有大颗粒物质会影响成膜质量，所以我们把纸巾改成了保鲜膜；涂 层涂完后，立即将基片放入干净的培养皿中，减少与空气的接触。旋转涂层的转速和时间和成腴质量有直接的关系。表2-1列出了实验中旋转涂层不同转速、时间和 成腴质量的情况。表2-1旋转涂层不同转速、时间和成腴质量

27、的情况旋转速度（ipm）旋转时间（s）结果100010膜不规则，有小气泡20膜没有覆盖到基片外围30膜没有覆盖到基片外围200020膜仍没全部覆盖基片300020膜覆盖整个基片且膜相对均匀平 整400020膜相对均匀平整但是厚度太薄根据表2-1确定匀胶机的设置，转速3000ipm,单次涂膜时间20s。（2）提拉浸渍法：本实验中采用的另一种涂膜方法，为辅助涂膜方法。先把基片浸润在溶胶中, 然后缓慢提拉起来，形成一层均匀的azo薄膜。1.6 烘焙及退火凝胶薄膜制备好后，立即放入电热恒温干燥箱在100c的低温环境热处理5分钟，然后再放入 箱式电阻炉进行烘焙，在500热处理1分钟，然后就可以进行第二次

28、镀膜，在薄膜的厚度达到一 定要求之后（8到10层），最后一次在500c高温下进行最后的烘焙和烧结，时间为1小时。退火最 好在真空中或者惰性气体氛闱下进行，但是由于实验室条件的限制，本实验退火在空气氛围中进行, 退火温度300-400c。2. 7整体制备工艺实验中azo透明导电薄膜的整体制备工艺如下图2-1根据实验配比配置azo溶胶凝胶溶液图2-1 azo透明导电薄膜的整体制备工艺3结果与讨论2.1 引言透明导电azo薄膜的性质极大的取决于其透过率和它的电阻大小。因此，主要采用采用紫外- 可见分光光度计（uv-vis）测试其透过率，采用电阻测试装置分析薄膜的电阻大小，并通过拉曼光 谱分析薄膜的组

29、成，系统的研究了 a1的掺杂量、退火温度以及薄膜层数等工艺参数对薄膜光电性能 的影响.通过数据对比和分析确定了本实验中最佳的azo薄膜的制备方案。2.2 紫外可见光光谱测试和分析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

30、的吸收光谱研 究物质的成分、结构和物质间相互作用的有效手段。宁波大学信息科学与工程学院本科毕业设计(论文)紫外可见分光光度法的定量分析基础是朗伯-比尔(lambert-buei)定律。即物质在一定浓度的吸光度与它的吸收介质的厚度呈正比。图3-1是本实验室的紫外可见光光度计：9图3-1紫外可见光光度计紫外可见光光谱测试与分析如下：(1)透过率测试与分析azo uv-vis transmittance spectrumai 0%10040200 .4006008001000wavelength (nm)图3-2 al掺杂量为0%的azo薄膜透过率测试图由图3-2可知实验样品当a1掺杂量为0%的时候

31、，薄膜在390mn到780mn的可见光波长范围 透过率在90%以上。太阳能电池用透明导电azo薄膜的研究（论文题目）azo uv-vis transmittance spectrumal 1%100-%,/ bouec一 u1sub140-4co600800wavelength (nm)10001000al 3%008060401图3-3 a1掺杂量为1%的azo薄膜透过率测试图由图3-3可知实验样品当a1掺杂量为1 %的时候，薄膜在可见光波长范围透过率在80%以上。azo uv-vis transmittance spectrum0- 400600800wavelength (nm)图3r

32、al掺杂量为3%的azo薄膜透过率测试图由图34可知实验样品当a1掺杂量为3%的时候，薄膜在可见光波长范围透过率在90%以上。宁波大学信息科学与工程学院本科毕业设计（论文）%/图3-5 a1掺杂量为0、1、3%的azo薄膜透过率测试图比较综上分析，当a1的掺杂量为0%和3%的时候，薄膜在可见光波长范闱的透过率都在90%以上， 在450-800nm的波长范围内透过率最高，最高时的透过率可达98%；当a1的掺杂量为1 %的时候，在 波长380-500nm的范围内透过率比较低，原因可能是样品制备过程中受到颗粒物质或空气中杂质的 影响，造成在此波长范围内的透过率降低，在500-800nm的范围内，透过

33、率也达到90%以上。；三份 样品在小于400 nm范围内，几乎不透光，说明薄膜能够吸收紫外光。（2）薄膜禁带宽度测试与分析azo band gapal 0%band gap 3.26ev11太阳能电池用透明导电azo薄膜的研究（论文题目）图3-6 a1掺杂量为0%的azo薄膜禁带宽度测试图azo band gaphv (ev)al 1%band gap 3.27ev图3-7 al掺杂量为1%的azo薄膜禁带宽度测试图azo band gapai 3%(n5band gap 3.29ev234a图3-8 al掺杂量为3%的azo薄膜禁带宽度测试图由图3-6、3-7、3-8可知当a1掺杂量为0%的

34、azo薄膜禁带宽度为3.26ev, al掺杂量为1%和3%时 的azo薄膜禁带宽度分别为3.27和3.29ev,大于不掺杂al时的晶体禁带宽度，造成这差异的原因主要 是晶界的存在，从而改变了晶体内部的能带结构，使得实验样品的禁带宽度增加,最后导致了吸收限向 短波的方向移动。a1掺杂量为3%的azo薄膜禁带宽度要优于a1掺杂量为1%的样品。宁波大学信息科学与工程学院本科毕业设计（论文）2.3 薄膜的拉曼光谱的测试分析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健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

35、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 光谱研究分子结构及振动模式是相互补充的。一、拉曼光谱仪基本原理拉曼效应拉曼效应是光在物质分子作用下产生的联合散射现象。当高频率的单色激光束打到 物质分子上时，它和电子发生较强烈的作用，使电子云相对原子核位置产生波动变化，如果在物质 分子中诱导了振动偶极矩，那么分子就被极化了。如果这种振动偶极矩集合体以入射光的频率向所 有方向散射光，在这过程中，光子没有得失能量，这一过程称之为瑞利散射。瑞利散射被看作是分 子和光子间的弹性碰撞，它是分子体系中最强的光散射现象。如

36、果是非弹性碰撞，少部分的散射光 的频率与入射光的频率不一样，光子从分子中得到或失去能量，这种效应叫拉曼效应，所得的光谱 称为拉曼光谱。退偏比退偏比是拉曼光谱的一个重要参数，是用于研究分子结构的参数。在入射光为偏振光 的情况下，应用偏振器来观察不同方向上的拉曼散射光的偏振情况。退偏比p的定义为：与入射偏 振方向垂直的拉曼散射光强度和平行的拉曼散射光强度之比，即，表示入射偏振光作用于 分子后，拉曼散射光对于原来入射光退偏振的程度，也称为极化系数。二、拉曼光谱的特点：扫描范围宽，特别适宜红外光谱不易获得的低频区域的光谱。水的拉曼散射较弱，适宜于测试水溶液体系，这对于开展电化学、催化体系和生物大分子体

37、系 中含水环境的研究十分重要。可用玻璃作光学材料，样品可直接封装于玻璃纤维管中，制作简便。选择性高。分析更杂体系有时不必分离，因为其特征谱带十分明显。（-）由于拉曼光谱是一种光的散射现象，所以待测样品可以是不透明的粉末或薄片，这对于 固体表面的研究及固体催化剂性能的测试都有独到的便利之处。（二）从拉曼光谱的退偏比，能够给出分子振动对称性的明显信息。实验样品的拉曼光谱分析：13宁波大学信息科学与工程学院本科毕业设计(论文)azo raman spectrum15000-al 0%zno 420cmsi 521cm10000 一5000-5001000wavenumber (cm 1)图3-9 a

38、l掺杂量为0%的azo薄膜拉曼光谱测试图azo raman spectrumal 1%si 521cmzno 420cm1000raman shift (cm1)图3-10 al掺杂量为1%的azo薄膜拉曼光谱测试图17azo raman spectrumal 3%si 521cmzno 420cm500raman shift (cm )woo图3-11 al掺杂量为3%的azo薄膜拉曼光谱测试图azo raman spectrum5001000raman shift (cm-1)图3-12不同al掺杂量的azo薄腴拉曼光谱测试对比图分析以上四图，根据特征峰查手册得，可知在521cnp处是si

39、的特征峰，这是因为我们这个实 验分析中镀膜采用的基片是硅片，420cm4是zno的特征峰，三份样品的质量都很好。3. 4电阻分析由于实验条件和设备的限制，我们没有四探针探测器测薄膜样品的方块电阻。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6 口。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。方块电阻并不能用万用电能表直接测量。因为万用表只能测点到点之间的电阻，而这

40、个点到点 间电阻并不表示方块电阻的任何意义。如果要测试方块电阻，测试原理如图3-13向。图3-13用万用表测试薄膜方块电阻测试原理图用四根光滑的圆铜棒压在azo透明导电薄膜上，如图3-13所示。四根圆铜棒分别用a、b、c、d 表示，它们上面焊有导线连接到万用表上，我们使bc之间的距离l等于导电薄膜的宽度w,而ab、cd 之间的距离则没有要求，一般在1-2厘米就可以了，方块电阻的计算公式rs二rxxw/l,rx为万用表读 数。接通万用表以后，万用表显示的阻值就是材料的方阻值【纥本实验采用了万用表来定量测试样品的电阻。结果如表3-1所示：表3-1不同a1掺杂量，不同镀膜层数的azo薄膜电阻分析表a

41、1掺杂量镀膜层数方块电阻rs(q 口)镀膜层数方块电阻rs (q/d)镀膜层数方块电阻rs (q/d)0%8102.4999.81096.61%64.663.455.43%47.539.840.3分析由上表我们可得，当a1掺杂量为3%,镀膜层数为9层时，方块电阻rs最小为39.8 (q/ )o3.5实验中遇到的困难及解决方法宁波大学信息科学与工程学院本科毕业设计（论文）在实验的时候遇到了不少的问题和困难。通过老师和学长的帮助，自己杳资料，分析实验中可 能存在的漏洞和错误，克服了困难。（1）制备azo溶胶凝胶的时候，以前用的是a1cl,实验样品镀膜一直不理想，膜不够均匀, 分布不开，烧结的时候发

42、现膜的表面不够平整。后来分析原因可能是实验室alcb样品不够好，年 份时间长后alch和空气发生化学反应使样品部分变质。解决的办法是用a1（no3）3-9h9代替，解 决了这个问题。（2）制备azo溶胶凝胶的时候,a1的掺杂量因为质量太少用电子天平称量的时候量很难控制, 手一抖就超量了，后来查阅资料，采用了其他的办法，即把a1（no3）3-9h?o溶解于无水乙醇，然 后根据实验配比，把配置的溶液滴入配备的乙酸锌溶液。（3）溶胶凝胶水浴加热的时候没有精确的温度控制装置，解决办法是固定温度计在水中，时时 刻刻看温度的变化，一旦过高了就停止加热，回落后再加热。（4）实验室不是无菌实验室，因此灰尘等颗

43、粒难免会有，而灰尘等颗粒物对薄膜的成腴质量会 造成很大的负面影响。解决办法，旋转涂膜结束后立即把基片放入培养皿中，尽量减少和空气的接 触。太阳能电池用透明导电azo薄膜的研究（论文题目）4结论4.1实验结论本论文主要研究了用溶胶凝胶法制备的azo透明导电薄膜的工艺参数对薄膜性能影响，通过 比较分析确定了本实验中最佳的azo薄膜的制备方案。通过紫外可见光光谱测试和分析，透过率 分析，禁带宽度分析，拉曼光谱分析，电阻装置测量样品等，得到以下结论：（1）透过率：当a1的掺杂量为0%和3%的时候，薄膜在可见光波长范围的透过率都在90%以 上，在450-800nm的波长范闱内透过率最高，最高时的透过率可

44、达98%。（2）禁带宽度：当a1的掺杂量为3%的时候，azo薄膜禁带宽度为3.29ev.优于al的掺杂 量为0%和1%的样品。（3）拉曼光谱分析：3份样品的特征峰都符合预期。azo薄膜的发光峰较zno发生蓝移，拉 曼光谱a1的掺杂浓度不同发生相应改变。（4）电阻分析：当a1掺杂量为3%,镀膜层数为9层时，方块电阻rs最小为39.8 （c/口）。综上，本实验中最佳的azo薄膜制备方案是采用，溶胶凝胶中z11离子浓度是0.5mol/l, al 掺杂量为3%,采用60水浴加热搅拌，用旋转涂层法镀膜，镀膜层数9层，热干燥处理温度为100, 烘焙温度500,退火温度400o#太阳能电池用透明导电azo薄膜的研究(论文题目)参考文献1姜辛，张超，洪瑞江，戴达煌.透明导电氧化物薄膜m.北京：高等教育出版社，2008. 2-3.2葛春桥，薛亦渝，夏志林.azo透明导电薄膜的制备技术、光电特性及应用j.真空依子及次， 2001,6:51-53.3江自然. ito透明导电薄膜的制备方法及研究进展j.材料开发与应用,2010.25(4) :68-71.4谭亚天，江雪，崔春阳等.zno基透明导电膜制备方法研究进展j.辽宁大学学报、2007,4