论文部分内容阅读
二氧化钛(TiO2)由于其多方面优良的性能,已经成为目前组成有机-无机杂化甲氨铅碘类钙钛矿太阳能电池中电子传输层的关键材料之一。随着科技的不断创新,现如今人们已经制备出了选用致密TiO2薄膜既作为电子传输层又作为空穴阻挡层的平面异质结钙钛矿太阳能电池。在此类电池中,致密TiO2薄膜起着至关重要的作用,它的性能优劣影响着电池的综合性能。因此,为了获得性能优良的致密Ti02薄膜,并从提高其电子迁移率和降低其禁带宽度两方面考虑,论文开展了如下研究:(1)利用直流脉冲磁控溅射技术制备沉积态TiO2薄膜,溅射功率密度范围为0.83-5.00 W/cm2。论文着重研究Ti02薄膜生长过程中,基片温度和溅射电压等因素对沉积态TiO2薄膜结晶质量和晶体结构的影响规律。结果表明,随着溅射功率密度的增加,在基片自加热因素及入射粒子能量增加因素的共同作用下,沉积态TiO2薄膜的晶体结构逐渐由非晶相结构转变为Anatase相结构。在此基础上,利用该技术,在聚酸亚胺(PI)柔性材料衬底上制备出具有较好结晶程度的Anatase相TiO2薄膜。(2)对溅射功率密度为0.83-5.00 W/cm2条件下制备的沉积态TiO2薄膜进行600 0C/1 h的退火处理。论文着重研究退火后TiO2薄膜中Anatase相(001)织构(A(001)织构)的形成及其对薄膜电子迁移率的影响规律及原因。结果表明,溅射功率密度为0.83 W/cnm2时,退火后的TiO2薄膜中存在A(001)织构,且薄膜表现为柱状晶结构。随着溅射功率密度的增加,退火后的TiO2薄膜逐渐由A(001)织构向无织构转变,柱状晶结构逐渐消失。并且,柱状晶结构的A(001)织构,可有效提高TiO2薄膜的电子迁移率。(3)利用N离子束注入法对TiO2薄膜进行N掺杂改性,制备N掺杂Ti02(N-TiO2)薄膜。论文着重研究N-TiO2薄膜中N元素的化学键结构,及其热稳定改性。结果表明,经过N离子注入/扩散过程后,N-TiO2薄膜中N元素的化学键结构以Ti-N键和O-N键为主。其中,掺杂进入到TiO2晶格结构中形成的Ti-N键和O-N键含量较少,但具有稳定性;而掺杂进入到非晶结构中形成的Ti-N键和O-N键含量较多,但热稳定性较差。并且,对PI柔性材料衬底上制备的TiO2薄膜进行N离子束注入,可在PI柔性材料衬底上制备N-TiO2薄膜。(4)对溅射功率密度为2.50 W/cm2条件下制备的沉积态TiO2薄膜进行一系列的退火/N掺杂处理。论文着重研究TiO2薄膜中N掺杂的有效途径。结果表明,掺杂进入到TiO2晶格结构中形成的Ti-N键会降低TiO2薄膜的禁带宽度,而掺杂进入到非晶结构中形成的Ti-N键不会降低TiO2薄膜的禁带宽度。同时,对退火后的Ti02薄膜进行N离子束注入,可有效提高N离子在TiO2晶格结构中掺杂形成Ti-N键的概率。因此,先对TiO2薄膜进行退火处理再进行N离子束注入,即是N掺杂的有效途径。(5)对具有不同程度A(001)织构的Ti02薄膜进行N离子束注入。论文着重研究A(001)织构对N掺杂效率的影响。结果表明,随着TiO2薄膜中A(001)织构的逐渐减弱,Ti-N键与O-N键含量的比例单调增加,即TiO2薄膜中A(001)织构的存在会抑制N离子在TiO2晶格结构中掺杂形成Ti-N键,从而降低了有效N掺杂效率。对于TiO2电子传输层而言,A(001)织构的存在可有效提高其电子迁移率,但A(001)织构的存在也将减少N离子在TiO2晶格结构中的有效掺杂,因此,在实际应用中,需要平衡A(001)织构对TiO2电子传输层的正面和负面作用。