PVD法制备DSSC电池导电薄膜及应用

发布时间：2017-05-21 22:26

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【摘要】：近年来,随着科技的发展,导电薄膜制备的质量越来越高,其中铟锡氧化物(Tin-doped indium oxide,简称ITO)薄膜由于具有对可见光高的透射率(90%),对红外光反射系数高和本身电阻值低、对各类基底附着力强,耐磨性和化学稳定性优良等得到研究学者的广泛关注,并且广泛应用于各种平板显示器、有机发光二级管(OLED),触摸屏面板,汽车挡风玻璃、太阳能电池、电磁干扰屏蔽等诸多领域。为了满足DSSC太阳能电池光阳极的需要,制备出既具备低电阻性又具有耐热性能的导电薄膜是本论文研究的重点。本实验采用脉冲磁控溅射法在FTO玻璃基底上制备了氧化铟锡(ITO)透明导电膜。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对ITO导电膜的显微结构及表面形貌特征进行表征,通过数字式四探针分析仪和紫外—可见分光光度计分析了溅射时间和基底温度等工艺条件对ITO导电膜的导电性和透光性等性能的影响。结果表明:制备的ITO/FTO复合导电膜在可见光区的透光性方面较基底FTO导电玻璃有所降低,但其方块电阻值却显著减小。在溅射气压1.0 Pa,功率45 W,基片温度400℃,溅射时间45 min工艺参数下,ITO/FTO复合薄膜的可见光透过率达到最高值70%左右,方块电阻达到最低值1Ω/□左右(□代表一定薄膜厚度的单位面积)。将得到的ITO/FTO复合导电膜在200℃、300℃、400℃、500℃氮气及空气环境下进行热处理试验并对不同温度不同气氛处理的薄膜晶体结构形貌、透过率、方阻值进行了分析及对比。又将薄膜在500℃不同气氛下分别处理1-5次,进行了耐热性能分析。结果表明:ITO/FTO复合导电膜的结晶度因热处理温度的增加而提高,最终对薄膜的透过率以及电导性起到改良作用。与氮气环境下热处理的导电膜方阻相比较空气环境下处理的导电膜方阻值明显偏大,而在300℃处理的复合导电膜的透过率空气条件下高于氮气条件。空气环境中处理后导电膜的方阻与透光性能的综合效果要高于氮气环境下处理的效果。同时不管是在空气还是氮气环境中多次煅烧复合导电薄膜,其都表现出较好的耐热性能。因此,实验制备的ITO/FTO复合薄膜既具备了低电阻特性同时也具备了耐热性能,满足了作为染料敏化太阳能电池光阳极的需要,达到了预想的目标。
【关键词】：脉冲磁控溅射 ITO/FTO复合薄膜 热处理 光电性能
【学位授予单位】：大连工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 引言9-10
• 1.2 透明导电薄膜10
• 1.3 透明导电氧化物薄膜简介10-13
• 1.3.1 氧化锡(SnO_2)导电薄膜10-11
• 1.3.2 SnO_2:F(FTO)导电薄膜11-12
• 1.3.3 Sb：Sn（ATO)导电薄膜12
• 1.3.4 Zn O∶A1(ZAO)导电薄膜12-13
• 第二章 ITO导电薄膜综述13-23
• 2.1 ITO透明导电薄膜性能13-15
• 2.1.1 ITO薄膜晶体结构13-14
• 2.1.2 ITO薄膜的电学性能14-15
• 2.1.3 ITO薄膜的光学性能15
• 2.2 ITO透明导电薄膜制备方法15-21
• 2.2.1 磁控溅射法16-17
• 2.2.2 脉冲激光沉积法17
• 2.2.3 化学气相沉积法17-18
• 2.2.4 溶胶—凝胶法18-19
• 2.2.5 喷雾热解法19-20
• 2.2.6 真空蒸发法20
• 2.2.7 离子束镀膜法20-21
• 2.3 ITO薄膜研究现状及应用21
• 2.4 课题研究内容21-23
• 第三章 实验部分23-27
• 3.1 实验药品仪器23-24
• 3.2 脉冲磁控溅射系统24
• 3.3 薄膜基片的清洗24-25
• 3.4 ITO/FTO复合薄膜的制备25
• 3.5 薄膜性能分析测试方法25-27
• 3.5.1 X射线衍射仪（XRD）分析25-26
• 3.5.2 扫描电子显微镜（SEM）分析26
• 3.5.3 数字式四探针分析26
• 3.5.4 UV-Vis分光光度计分析26-27
• 第四章 FTO基底上ITO薄膜的制备及性能研究27-37
• 4.1 引言27
• 4.2 薄膜晶体结构和形貌分析27-29
• 4.2.1 溅射温度对薄膜晶体结构的影响27-28
• 4.2.2 溅射时间对薄膜晶体结构的影响28-29
• 4.3 薄膜晶体表面形貌分析29-31
• 4.3.1 溅射温度对薄膜晶体表面形貌的影响29-30
• 4.3.2 溅射时间对薄膜晶体表面形貌的影响30-31
• 4.4 薄膜电性能分析31-32
• 4.4.1 溅射温度对薄膜方阻的影响31-32
• 4.4.2 溅射时间对薄膜方阻的影响32
• 4.5 薄膜光学性能分析32-34
• 4.5.1 溅射温度对薄膜透过率的影响32-33
• 4.5.2 溅射时间对薄膜透过率的影响33-34
• 4.6 薄膜耐热性能分析34-35
• 4.7 应用于DSSC电池结果分析35-37
• 第五章 空气、氮气气氛下对ITO/FTO薄膜热处理研究37-49
• 5.1 引言37
• 5.2 热处理温度对薄膜晶体结构影响分析37-39
• 5.3 热处理温度对薄膜晶体形貌影响分析39-40
• 5.4 热处理温度对薄膜光学性能影响分析40-41
• 5.5 热处理温度对薄膜电性能影响分析41-42
• 5.6 空气、氮气气氛下热处理对薄膜性能影响对比分析42-48
• 5.6.1 不同气氛下晶体结构分析42-44
• 5.6.2 不同气氛下薄膜光学性能对比分析44-45
• 5.6.3 不同气氛下薄膜电学性能对比分析45-47
• 5.6.4 不同气氛下薄膜品质因数对比分析47-48
• 5.7 热处理后应用于DSSC电池结果分析48-49
• 第六章 结论49-50
• 参考文献50-54
• 致谢54-55
• 附录 作者攻读硕士期间发表的论文及成果55

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本文编号：385042