铝掺杂氧化锌透明分散体及导电薄膜的制备和性能研究

摘要

在太阳能电池和平板显示行业高速发展的今天，透明导电氧化物(TCO)的作用越来越重要。绝大部分实际生产中应用的TCO为铟掺杂氧化锡(ITO)，然而ITO具有毒性，且等离子环境下稳定性差;氧化锌具有良好的光学性质，通过掺杂Al元素后得到的铝掺杂氧化锌(AZO)在导电性方面得到很大提升，同时其原料廉价、无毒性以及在等离子环境下稳定。论文分别采用溶解热和共沉淀法制备了AZO纳米颗粒水相及有机相透明分散体，并利用分散体涂覆制备了透明导电薄膜，研究了制备工艺条件对AZO分散体和薄膜性能的影响。主要结论如下:
　　1.采用溶剂热法制备了AZO纳米颗粒，考察了制备工艺条件对AZO微观结构及电阻率的影响，得到适宜的制备条件为:掺杂比为3％，沉淀剂选用氢氧化钠，反应所用溶剂为乙二醇甲醚，溶剂热温度为220℃;制备出的AZO颗粒约35nm，电阻率为3.28×103Ω·cm;将粉体在氢氮混合气气氛中于550℃煅烧2小时后，电阻率降至20Ω·cm。
　　2.采用溶剂热法制备了AZO水相透明分散体，考察了制备工艺条件对AZO微观结构、分散性和电阻率等影响，得到适宜的制备条件为:掺杂比3％，溶剂选用甲醇，反应温度为70℃，改性温度为80℃，溶剂热温度为150℃，改性pH值为9，改性剂加入量为19wt％，改性时间为3h;制备的AZO颗粒为6-10nm，固含量为10wt％的水相分散体在550nm处透过率为78.7％。
　　3.采用共沉淀法制备了AZO有机相透明分散体，考察了制备工艺条件对AZO微观结构及分散性等影响，得到适宜的制备条件为:改性剂用量为15wt％，改性时pH值为7.5;制备的AZO颗粒为6-10nm，固含量为10wt％的乙二醇甲醚相分散体在550nm处透过率为87.2％。
　　4.利用AZO水相和有机相分散体，通过旋涂法制备了AZO透明导电薄膜，初步研究了基底处理方式、薄膜处理方式、分散介质对AZO薄膜平整度及方块电阻的影响。利用乙二醇甲醚相分散体旋涂制备的AZO薄膜于紫外环境下照射后，在550nm处透过率为93.4％，方块电阻为2×106Ω/□。

目录

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摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 氧化锌简介

1．2．1 氧化锌的结构及性质

1．2．2 氧化锌的掺杂

1．3 铝掺杂氧化锌纳米颗粒的制备方法

1．3．1 固相法

1．3．2 液相法

1．3．3 气相法

1．4 纳米颗粒的分散方法

1．4．1 物理法

1．4．2 化学法

1．5 铝掺杂氧化锌薄膜的制备方法

1．5．1 磁控溅射法

1．5．2 脉冲激光沉积法

1．5．3 分子束外延法

1．5．4 化学气相沉积法

1．5．5 喷雾热解法

1．5．6 溶胶-凝胶法

1．6 铝掺杂氧化锌薄膜的应用

1．6．1 太阳能电池

1．6．2 显示器

1．6．3 隔热玻璃

1．7 论文研究意义与研究内容

第二章 铝掺杂氧化锌纳米颗粒的制备

2．1 实验原料

2．2 实验装置

2．3 实验流程

2．4 表征手段

2．4．1 X-射线衍射仪(XRD)

2．4．2 X-射线光电子能谱(XPS)

2．4．3 扫描电子显微镜(SEM)

2．4．4 四探针电阻仪

2．5 结果与分析

2．5．1 工艺条件对AZO微观结构及电阻率影响

2．5．2 AZO纳米颗粒形貌、微观结构和性能表征

2．6 本章小结

第三章 铝掺杂氧化锌透明分散体的制备

3．1 实验原料

3．2 实验装置

3．3 实验流程

3．3．1 水相透明分散体

3．3．2 有机相透明分散体

3．4 表征手段

3．4．1 X-射线衍射仪(XRD)

3．4．2 X-射线光电子能谱(XPS)

3．4．3 投射电子显微镜(TEM)

3．4．4 四探针电阻仪

3．4．5 粒度测试分析仪

3．4．6 紫外可见分光光度仪(UV-VIS)

3．4．7 傅里叶红外光谱(FT-IR)

3．5 结果与分析

3．5．1 工艺条件对AZO微观结构、性能及水相分散性影响

3．5．2 AZO水相分散体微观结构及性能表征

3．5．3 工艺条件对AZO有机相分散性的影响

3．5．4 AZO有机相分散体微观结构及性能表征

3．6 本章小结

第四章 铝掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备

4．1 实验流程

4．1．1 玻璃片清洗及改性处理

4．1．2 AZO薄膜的制备方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 PVP添加对AZO薄膜平整度影响

4．2．2 基底处理对AZO薄膜微观结构及方块电阻影响

4．2．3 薄膜处理对AZO薄膜微观形态及方块电阻影响

4．2．4 AZO薄膜的微观结构及光学性能表征

4．3 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者及导师简介