辽宁师范大学 物理与电子技术学院, 辽宁 大连 116029
采用溶胶-凝胶旋涂法(Sol-Gel Spin-Coating Method)制备了Al掺杂量为3.00at%, N掺杂量分别为6.00at%, 7.00at%, 8.00at%和9.00at%的Al/N共掺杂TiO2薄膜样品。对样品测试的结果表明, 共掺杂样品依旧保留了TiO2的基本结构, 并且Al/N共掺杂样品的晶粒尺寸有不同程度的减小, 使样品表面得以修饰, 变得更加均匀、平整。共掺杂样品吸收边都出现了不同程度的红移, 在紫外光区以及可见光区的吸光性都有所增强。N掺杂量为7.00at%时, (101)衍射峰值最大, 峰型最尖锐, 所得到的TiO2薄膜的光学性能最好。共掺杂后的样品与本征TiO2相比带隙值都有所减小, 且最小值为2.873eV。以上结果表明Al/N共掺杂TiO2薄膜使其光学性能得到了改善。
Al/N共掺杂 TiO2薄膜 光学性能 溶胶-凝胶法 Al/N co-doping TiO2 thin film optical properties sol-gel method
1 北京印刷学院基础教育学院, 北京 102600
2 2. College of Letters and Science, Department of Physics, University of California, Santa Barbara 93106, USA
染料敏化太阳能电池(DSSC)是太阳能电池研究的热点领域之一, 使用丝网印刷技术制备以纳米晶多孔TiO2薄膜为光阳极的DSSC具有低成本、 简单的制备工艺和高的光电转换效率(PCE)的特点, 这类太阳能电池受到人们广泛关注。 为了提高这类太阳能电池的光电转换效率, 通过采用不同网目相同印刷胶体制备了太阳能电池的光阳极优化印刷工艺十分重要, 采用不同网目的方法研究印刷工艺对太阳能电池光伏性能的影响是十分有效的。 用溶胶-凝胶法制备了TiO2胶体, 通过扫描电镜看出TiO2薄膜具有多孔结构, 其高比表面积有利于薄膜对染料分子的吸附, 也有利于提高电池对太阳光的吸收率。 经过高温烧结后丝网印刷的TiO2薄膜展现了明显的锐钛矿结构较窄衍射峰, 意味着TiO2颗粒已经完全晶化且粒径增加。 制备目数从100增到300导致网孔直径减少而薄膜变得更加致密, 使得TiO2薄膜的XRD衍射峰逐渐增强, 而从300目增到400目时由于网孔过小导致TiO2胶体通过网孔数量变小使得衍射峰强度下降。 用不同网目印刷了单层TiO2光阳极研究DSSCs光伏性能的变化情况, 发现制备目数是200目和300目印刷太阳能电池的性能较好, 而400网目印刷太阳能电池的性能最差, 这与XRD观察的结果一致。 再分别采用网目为100目、 200目、 300目和400目的印网将胶体印刷成了多层TiO2薄膜, 以此为基础组装DSSC。 实验结果表明: 通过不同组合网目的丝网印刷制备TiO2薄膜, 组装后的染料敏化太阳能电池的光电转换效率得到了显著提升, 其中以300目+200目+100目三层叠印时得到的优化光阳极的最高电池效率达到6.9%。 以丝网印刷的方法制备电极不需要进行任何化学处理, 在较高网目制备底层的情况下印刷的薄膜均匀牢固, 且电池制备的步骤简单、 重复性好, 能量转换效率较高。
丝网印刷 不同网目 多孔TiO2薄膜 Screen printing Different mesh Porous TiO2 film 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2321
采用水热法在FTO(fluorine-doped tin oxide)基底上制备不同形貌的锐钛矿结构TiO2薄膜。通过不断增大反应前驱物中盐酸浓度, TiO2薄膜由球状颗粒薄膜逐渐演变生长成大面积高能(001)面裸露的TiO2纳米片阵列薄膜。通过对形貌演化规律及X射线衍射图谱变化规律进行分析, 提出了不同形貌TiO2薄膜的生长演化机制, 并对盐酸在其中的作用进行了说明。为了进一步改善TiO2薄膜的性能, 采用连续离子层吸附反应法对不同形貌的TiO2薄膜进行CdS量子点敏化。采用紫外可见吸收光谱分析法和三电极体系对复合薄膜的光吸收性能和光电化学(PEC)性能进行了研究, 实验数据显示CdS/TiO2复合薄膜的光电化学性能皆明显优于单纯TiO2薄膜, 而且纳米片阵列薄膜的性能明显优于其他形貌薄膜, 说明了大面积高能(001)面裸露的TiO2纳米片阵列薄膜的性能优越性。
TiO2薄膜 (001)晶面 晶体生长 水热法 量子点 敏化 TiO2 thin film (001) lattice plane crystal growth hydrothermal method quantum dot sensitization
长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
为了进一步提高TiO2薄膜的光学特性和激光损伤阈值, 采用电子束蒸发技术在K9玻璃上沉积了单层TiO2薄膜, 并用Ar/O混合等离子体对样品进行后处理。通过研究薄膜光谱特性、表面缺陷密度、薄膜表面形貌、薄膜损伤阈值以及薄膜损伤形貌, 分析了等离子体后处理时间对TiO2薄膜激光损伤特性的影响。实验结果表明, 随着等离子体后处理时间的增加, 薄膜折射率及致密度提高, 物理厚度减少, 表面粗糙度下降, 表面缺陷密度先减少后增加; 在1 064 nm激光辐射下, TiO2薄膜的激光损伤阈值从未经等离子后处理的5.6 J/cm2提升至后处理20 min的9.65 J/cm2, 提升幅度高达72.3%, 因此能够更广泛更稳定地应用在激光器中。
TiO2薄膜 电子束蒸发 光学常数 等离子后处理 激光损伤阈值 TiO2 thin film electron beam evaporation optical constant plasma treatment laser damage threshold
福州大学物理与信息工程学院, 福建 福州 350108
采用电极火花放电法和溶胶-凝胶法制备了直径均为206 μm的SiO2微球腔和TiO2-SiO2混合微球腔,测得它们在1550 nm处的品质因子分别为2.15×10
7和1.36×10
6。宽带谐振透射谱显示,与相同尺寸的SiO2微球腔相比,混合腔中高阶回音壁模式的谐振峰吸收深度比增大,有效激发了高阶模式; 另外,谐振波长平均红移了0.706 nm,对应的自由光谱范围减小了0.020 nm,表明TiO2薄膜能有效调节SiO2微球腔的谐振特性。直径为134 μm的微球腔的谐振波长平均红移量和自由光谱范围平均减小量分别为1.012 nm和0.022 nm,表明小尺寸微球腔具有更强的谐振调节能力。
光谱学 高阶回音壁模式 溶胶-凝胶法 混合微球腔 谐振调节 TiO2薄膜
1 上海大学 1. 纳微能源研究所
2 2. 理学院, 上海 200444
以硅为衬底, 采用射频磁控溅射技术制备了TiO2薄膜, 利用扫描电子显微镜及拉曼光谱对退火前后的TiO2进行表征与结构分析。结果表明, 退火后的TiO2具有良好的结晶特性, 且呈锐钛矿结构。在此薄膜工艺条件下, 以TiO2为半导体层在玻璃基底上制备了Al/TiO2/Pt肖特基二极管, 并在153~433K温度范围内对其进行了I-V测试, 得到以下结果: 在整个温度范围内, Al/TiO2/Pt肖特基二极管均表现出良好的整流特性; 其理想因子随温度升高而降低, 势垒高度随温度升高而升高; 在433K下, 理想因子为1.31, 势垒高度为0.73, 表明此肖特基二极管已接近理想的肖特基二极管。
退火 TiO2薄膜 肖特基二极管 annealing TiO2 thin film Schottky diode
1 西南民族大学 电气信息工程学院, 成都 610041
2 西南技术物理研究所, 成都 610041
为了获得TiO2薄膜的光学常数, 采用德国SENTECH生产的SE850宽光谱反射式光谱型椭偏仪, 测量和分析了用光控自动真空镀膜机沉积在K9玻璃上的单层TiO2薄膜, 得到了TiO2薄膜在300nm~2500nm宽谱上的光学常数曲线和薄膜厚度。根据TiO2的薄膜特性及成膜特点, 考虑了表面粗糙层和界面层对薄膜性能的影响, 建模时采用Cauchy指数模型和Tauc-Lorentz模型, 对建立的各种模型测量得到的数据进行了分析和比较。结果表明, 模型“基底/Tauc-Lorentz模型/表面粗糙层”可以得到最小的均方差为0.5544, 得到的TiO2薄膜的厚度的测量值与TFCalc软件的计算值最接近。该研究结果对TiO2薄膜多层膜膜系设计和制备有参考价值。
薄膜 TiO2薄膜 椭偏仪 薄膜厚度 光学常数 films TiO2 film ellipsometer film thickness optical constant
长春理工大学 化学与环境工程学院, 吉林 长春130022
制备Cu掺杂的纳米SnO2/TiO2溶胶, 采用旋涂法在载玻片上镀膜, 经干燥、煅烧制得Cu掺杂的SnO2/TiO2薄膜, 通过对比实验探讨掺杂比例、条件、复合形式等对结构和性能的影响。采用XRD、SEM、EDS、UV-Vis等测试手段对样品进行表征, 并以甲基橙为探针考察了其光催化降解性能。XRD测试结果显示薄膜的晶型为锐钛矿型, 结晶度较高。SEM谱图显示薄膜表面无明显开裂, 粒子分布均匀, 粒径约为20 nm。EDS测试结果表明薄膜材料中含有Cu元素, 谱形一致。UV-Vis吸收光谱表明Cu掺杂以及SnO2/TiO2的复合使得在近紫外区的光吸收比纯TiO2明显增强。光催化实验表明Cu掺杂后使得SnO2/TiO2复合薄膜对甲基橙的光催化降解效率进一步提高, SnO2/TiO2复合薄膜的光催化活性在10%Cu掺杂时达到最高。
溶胶-凝胶法 SnO2/TiO2薄膜 Cu掺杂 光催化 sol-gel method SnO2/TiO2 film Cu-doping photocatalysis
浙江大学 硅材料国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
利用磁控溅射在重掺硼硅(p+-Si)衬底上分别沉积TiO2薄膜和掺硼的TiO2(TiO2∶B)薄膜,并经过氧气氛下600 ℃热处理,由此形成相应的TiO2/p+-Si和TiO2∶B/p+-Si异质结.与TiO2/p+-Si异质结器件相比,TiO2∶B/p+-Si异质结器件的电致发光有明显的增强.分析认为：TiO2∶B薄膜经过热处理后,B原子进入TiO2晶格的间隙位,引入了额外的氧空位,而氧空位是TiO2/p+-Si异质结器件电致发光的发光中心,所以上述由B掺杂引起的氧空位浓度的增加是TiO2∶B/p+-Si异质结器件电致发光增强的原因.
TiO2薄膜 硼掺杂 异质结 电致发光 TiO2 films boron-doping heterostructure electroluminescence
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室，上海200083
2 齐齐哈尔大学 通信与电子工程学院，黑龙江 齐齐哈尔161006
3 华东师范大学 极化材料与器件教育部重点实验室，上海200241
采用溶胶-凝胶法在Si(111)衬底上制备纳米TiO2薄膜，利用电化学阴极还原法对TiO2纳米薄膜掺杂Nd3+，对其结构及光催化活性进行研究，结果显示，所制备的样品均为多晶结构，随着Nd3+掺杂量的增加颗粒尺寸明显减小，比表面积增大.Nd3+的掺杂导致TiO2光催化剂吸光能力增强，同时吸收限红移，提高了光的利用率，并且当掺杂量为1.2%时，光催化活性最好.
TiO2薄膜 光催化 钕掺杂 titanium dioxide thin film photocatalytic activity neodymium doping
