TiO-,2-薄膜的摻雜改性及其對光學(xué)性能的影響.pdf

1、為了解決逐步嚴(yán)重的能源危機(jī)問題，太陽能作為一種清潔能源被廣泛關(guān)注。作為一種廉價、無毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的半導(dǎo)體，TiO2逐步成為太陽能電池研究的熱點(diǎn)。但TiO2帶隙較寬（Eg=3.0-3.2 eV），對太陽光利用率低。為了解決這一問題，對TiO2進(jìn)行摻雜，以期縮小TiO2的帶隙，增加對太陽光的吸收。 本文分別采用溶膠-凝膠法和磁控濺射法制備了原始TiO2薄膜，并采用溶膠-凝膠法和離子注入技術(shù)對原始薄膜進(jìn)行改性研究。在溶膠-凝膠法制備

2、的TiO2薄膜中，用溶膠-凝膠法摻雜Ge，用離子注入法進(jìn)行Fe、Cr的單獨(dú)注入以及復(fù)合注入；在磁控濺射法制備的原始TiO2薄膜中，分別進(jìn)行Ge、Si的單獨(dú)和復(fù)合注入。研究了這些摻雜方式和摻雜離子對薄膜結(jié)晶、表面化學(xué)態(tài)和光學(xué)性能的影響。 結(jié)果表明，磁控濺射法制備的原始TiO2薄膜較溶膠-凝膠法制備的原始薄膜光吸收性能更佳。XRD及XPS研究結(jié)果表明，兩種不同制備方法制備的原始薄膜的表面化學(xué)態(tài)及價鍵狀態(tài)有所不同，最終導(dǎo)致兩者光性能的

3、差異。 用溶膠-凝膠對TiO2進(jìn)行Ge摻雜，薄膜產(chǎn)生了一定紅移，摻雜Ti：Ge=7：3的薄膜中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；紫外可見吸收比未摻雜的薄膜好，吸收邊紅移，禁帶寬度減小。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、Cr分別以單質(zhì)和氧化物形式存在；光學(xué)性能較單獨(dú)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。與Fe、Cr離子復(fù)合注入不