摻雜改性二氧化鈦薄膜的制備及其光學(xué)性能研究.pdf

1、TiO2作為一種廉價、無毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的半導(dǎo)體，目前已成為研究最為廣泛的太陽能電池用材料之一。但TiO2禁帶寬度較寬，對太陽能的利用率很低，限制了其在太陽能領(lǐng)域的實際應(yīng)用。因此對TiO2進(jìn)行各種摻雜，以提高其對太陽光的利用率。
　　 本文分別采用溶膠-凝膠法和磁控濺射法制備了純 TiO2薄膜，并采用溶膠-凝膠法和離子注入技術(shù)對TiO2薄膜進(jìn)行改性研究。在溶膠-凝膠法制備TiO2薄膜過程中將Ge摻入TiO2薄膜；在溶膠-凝膠法制

2、備的TiO2薄膜中，用離子注入技術(shù)進(jìn)行了Fe、Cr的單獨注入以及復(fù)合注入；在磁控濺射法制備的TiO2薄膜中，分別進(jìn)行Ge、Si的單獨和復(fù)合注入。考察了摻雜方式和摻雜離子對薄膜表面形貌、結(jié)晶、表面化學(xué)態(tài)和光學(xué)性能的影響，結(jié)果如下。
　　 XRD及XPS的研究結(jié)果表明，溶膠凝膠法和磁控濺射制備的TiO2薄膜為銳鈦礦型；但薄膜的表面化學(xué)態(tài)及價鍵狀態(tài)有所不同，最終導(dǎo)致兩者光性能的差異。溶膠的配比對薄膜質(zhì)量有影響。
　　 采用溶膠

3、-凝膠法對TiO2進(jìn)行Ge摻雜及還原處理，薄膜產(chǎn)生了一定紅移，摻雜Ge：Ti=3:7的薄膜紅移顯著，同時聚乙二醇的加入有利于薄膜紅移。溶膠凝膠法在不同室溫下制備薄膜結(jié)晶性、Ge存在方式、紫外-可見吸收不同。室溫22℃條件下制備的薄膜及其中Ge的結(jié)晶性很好；XPS分析表明，Ge大部分以單質(zhì)形式存在；18℃條件下?lián)诫s薄膜結(jié)晶性差，Ge主要以氧化鍺形式存在。
　　 Fe、Cr離子復(fù)合注入后，薄膜的結(jié)晶性變差；XPS分析結(jié)果顯示，F(xiàn)e、

4、Cr分別以單質(zhì)和氧化物形式存在：光學(xué)性能較單獨注入Fe的有所下降。分析表明，兩種離子的相互作用最終使得薄膜中有效離子濃度降低，Cr的存在使Fe得紅移效果降低。
　　 與Fe、Cr離子復(fù)合注入不同，在磁控濺射法制備的 TiO2薄膜中，Si、Ge復(fù)合注入使得薄膜的紅移效果顯著，但結(jié)晶性變差；XPS分析Ge、Si表明；Si以氧化態(tài)存在，Ge以單質(zhì)存在，兩種離子的相互作用，使復(fù)合注入的薄膜光學(xué)性能有大幅度提高。
　　 以上研究結(jié)