半导体氧化铁薄膜的制备、表征及光伏特性研究

【摘要】：氧化铁薄膜是一种具有较大应用前景的多功能金属氧化物材料,具有性能稳定、无污染而且资源丰富等优点。氧化铁可以用于光催化电解水来制备氢,可以作为有机电解溶液电池中的电极,可以作为气敏传感器,还可应用在磁记录器件等领域。由于氧化铁薄膜的禁带宽度与太阳光谱的峰值波长接近(约2.0eV),因此氧化铁还有可能在光伏转换以及太阳能电池中得到应用。但是,目前国内外对于氧化铁薄膜已经在光电领域的应用目前研究不多,因此,对氧化铁薄膜的制备工艺研究及其光学性能,电学性能的研究对于探索新型太阳能电池材料有重要意义。 本文系统地概述了目前太阳能电池的发展前景及对太阳能电池材料的要求,总结了氧化铁薄膜的制备方法及其优缺点,并利用激光脉冲沉积法(PLD法)和金属铁靶沉积了氧化铁薄膜,研究了薄膜的成份、晶体结构、光学性能、电学性能和表面形貌等,并在此基础上制备出了基于氧化铁的太阳能电池结构。具体如下: (1)采用激光脉冲沉积法(PLD法)和金属铁靶材在普通玻璃衬底上制备了氧化铁薄膜,并利用X射线衍射仪和X光电子能谱仪分析了其化学组成,确定为三氧化二铁薄膜。 (2)研究了衬底温度、氧气流量、沉积时间、衬底材料对薄膜结晶性能的影响,发现衬底温度是影响薄膜结晶质量的最主要原因。 (3)研究了衬底温度、氧气流量、沉积时间、衬底材料对薄膜光学性能的影响。得到Fe_2O_3薄膜直接禁带宽度大约在1.73eV~ 2.0eV之间,间接禁带宽度大约在1.47eV~1.52eV之间。 (4)研究了衬底温度、氧气流量、沉积时间、衬底材料对薄膜电学性能的影响。得到最佳未掺杂Fe_2O_3薄膜的最低电导率约为13.28Ωcm,Fe_2O_3薄膜击穿电压为6.6V。 (5)研究了衬底温度、衬底材料对薄膜表面形貌与结构的影响,得出衬底温度低时生长的薄膜晶粒较小,但表面较为平整;衬底温度高时薄膜晶粒较大,但表面粗糙,起伏较大。同时衬底材料平整度对薄膜有一定影响,在单晶硅衬底上沉积的薄膜表面最平整,石英次之,玻璃衬底沉积的薄膜表面最不平整。 (6)制作了P-Si /N-氧化铁结构的光伏电池,并测试了其光伏性能。这种光伏电池的最大开路电压为105mV,最大短路电流密度为54.5 mA/cm~2。虽然与目前硅太阳能电池相比存在很大的差距,但是由于我们的制作工艺与设备十分简陋,能够获得上述结果已经证明氧化铁在光伏领域是有潜在的应用前景。 【关键词】：氧化铁 太阳能电池 激光脉冲沉积 薄膜
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：O484.1
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-30
• 1.1 太阳能和光电转化12-20
• 1.1.1 研究背景12-13
• 1.1.2 太阳能电池的发展史13-14
• 1.1.3 太阳能电池的工作原理14-16
• 1.1.4 太阳能电池的技术指标16-17
• 1.1.5 太阳能光伏材料17-19
• 1.1.6 太阳能电池的发展方向19-20
• 1.2 铁的氧化物的性质20-22
• 1.2.1 铁的氧化物的种类20
• 1.2.2 铁的氧化物的性质20-22
• 1.3 氧化铁材料的应用22-23
• 1.4 氧化铁材料的研究现状23-24
• 1.4.1 氧化铁材料的气敏研究现状23
• 1.4.2 氧化铁的磁性能研究现状23-24
• 1.4.3 氧化铁材料的光催化性能研究现状24
• 1.4.4 氧化铁材料的光伏性能研究现状24
• 1.5 氧化铁薄膜的制备方法24-28
• 1.5.1 化学气相沉积法24-25
• 1.5.2 溶胶-凝胶法25
• 1.5.3 喷雾热解法25-26
• 1.5.4 磁控溅射法26
• 1.5.5 热蒸发法26-27
• 1.5.6 激光脉冲沉积法27-28
• 1.6 本论文的研究内容和意义28-29
• 1.7 本章小结29-30
• 第2章 氧化铁薄膜的制备30-38
• 2.1 激光脉冲沉积的制膜机理30-31
• 2.2 激光脉冲沉积设备介绍31-32
• 2.3 薄膜制备准备32-33
• 2.3.1 靶材32
• 2.3.2 衬底的选择与清洗32-33
• 2.4 实验方案33-34
• 2.5 氧化铁薄膜的性能测试34-37
• 2.5.1 射线衍射(XRD)测试34
• 2.5.2 薄膜的光学性质测试34
• 2.5.3 薄膜的电学性能测试34-35
• 2.5.4 X 射线电子能谱测试（XPS）35-36
• 2.5.5 原子力显微镜测试（AFM）36
• 2.5.6 I-V 特性曲线测试36-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第3章 薄膜的晶体结构和成份分析38-51
• 3.1 氧化铁薄膜的成份分析38-39
• 3.2 衬底温度变化对薄膜结晶性能的影响39-43
• 3.3 氧气流量变化对薄膜晶体结构的影响43-46
• 3.4 沉积时间变化对薄膜晶体结构的影响46-48
• 3.5 衬底材料变化对薄膜晶体结构的影响48-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第4章 氧化铁薄膜的光学性能分析51-59
• 4.1 衬底温度变化对薄膜光学性能的影响51-53
• 4.2 氧气流量变化对薄膜光学性能的影响53-54
• 4.3 沉积时间变化对薄膜光学性能的影响54-55
• 4.4 衬底材料变化对薄膜光学性能的影响55-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 氧化铁薄膜的电学性能分析59-65
• 5.1 衬底温度变化对薄膜电学性能的影响59-60
• 5.2 氧气流量变化对薄膜电学性质的影响60-61
• 5.3 沉积时间变化对薄膜电学性质的影响61-63
• 5.4 衬底材料变化对薄膜电学性质的影响63
• 5.5 薄膜的击穿特性63-64
• 5.6 本章小结64-65
• 第6章 氧化铁薄膜的表面形貌分析65-68
• 6.1 结晶质量不同对薄膜表面形貌影响65-66
• 6.2 衬底材料不同对薄膜表面形貌影响66-67
• 6.3 本章小结67-68
• 第7章 氧化铁薄膜太阳能电池的制备及其光伏性能测试68-76
• 7.1 重掺P-硅/N-氧化铁薄膜太阳能电池的制备68-71
• 7.1.1 硅片清洗68-70
• 7.1.2 PN 结制备70-71
• 7.1.3 电极制备71
• 7.2 光伏性能测试及分析71-73
• 7.2.1 光伏性能测试原理71-72
• 7.2.2 重掺P-硅/N-氧化铁薄膜太阳能电池的测试及分析72-73
• 7.3 本章小结73-74
• 7.4 全文总结74-75
• 7.5 有待深入研究的问题75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-83
• 附录83

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

溶胶—凝胶法制备有色氧化铁玻璃薄膜及其表征    赵贤辉

导电玻璃负载氧化铁、氧化铬薄膜的制备及光电性质研究    韩晓雪

用氧化铁磁性纳米颗粒作为基因载体的研究    向娟娟,朱诗国,吕红斌,阮建明,张必成,李江,李桂源

α-Fe_2O_3/聚氯乙烯高能球磨过程的Mssbauer谱研究    林贤军;陈春霞;

纳米氧化铁的制备及其对吸收药热分解催化作用的研究    徐宏,刘剑洪,陈沛,赵凤起,田德余

纳米α-Fe_2O_3的制备及其催化高氯酸铵热分解    杨毅,李凤生,谈玲华

超微Fe_2O_3粒子的制备    郭广生;高晓云;张敬畅;张九岭;杨福明;

纳米Fe_2O_3的制备及其对高氯酸铵热分解的催化性能    马振叶,李凤生,崔平,白华萍

太阳能光伏电池综述    成志秀;王晓丽;

一种溶胶凝胶新途径制备的氧化铁薄膜    吴云,胡丽丽,姜中宏

用PLD法制备声表面波器件用ZnO薄膜    刘彦松,王连卫,李伟群,黄继颇,林成鲁

α-Fe_2O_3基纳米陶瓷制备的CO气敏元件    沈水发,刘宏,施云波,陈耐生,黄金陵

γ-Fe_2O_3气体传感器敏感机理与应用研究    谭明伟

多聚赖氨酸-硅纳米颗粒的生物相容性研究    朱诗国,甘凯,李征,沈守荣,向娟娟,李小玲,范松青,吕红斌,曾朝阳,李桂源

纳米技术在癌症早期诊断和治疗中的研究与展望    胡德红;龚萍;马轶凡;蔡林涛;

无定形疏松多孔Fe_2O_3/SiO_2的制备及表征    张凯;陈友存;

薄膜太阳电池的最新进展    王育伟;刘小峰;陈婷婷;姜春萍;王瑞林;

半导体材料的光伏应用现状    邓志杰,王雁,王荣敏

氧气压力对PLD ZnO薄膜形貌及光学性质影响    曹培江;曾玉祥;贾芳;朱德亮;马晓翠;吕有明;

薄膜太阳电池研究综述    蔺旭鹏;强颖怀;肖裕鹏;徐明磊;

纳米催化剂对双基系推进剂燃烧性能的影响    赵凤起,洪伟良,陈沛,刘剑洪,罗阳,高红旭,王百成,田德余,李上文

表面活性剂对FeCl_3水溶液加热回流制备α-Fe_2O_3的影响    吴东辉,施新宇,汪信

碳纳米管/高氯酸铵复合粒子的制备及热分解性能    崔平;李凤生;周建;姜炜;杨毅;

薄膜太阳能电池的研究现状和展望    徐轶;朱德贵;

类金刚石应用于非晶硅薄膜太阳电池的研究进展    汪新智;朱嘉琦;何玉荣;王天宇;胡彦伟;刘星;

外延ZnO压电薄膜的声表面波特性分析    章天金;顾豪爽;

纳米技术在基因治疗中的应用研究进展    陈建海;

PEO在聚合物锂离子电池中的应用    宋文生;阎宏云;付青存;刘翠云;张玉清;

铜铟镓硒薄膜太阳电池研究进展及应用现状    刘琪;张光胜;王立涛;冒国兵;

纳米金属氧化物对AP及复合推进剂的催化研究进展    庞维强;樊学忠;

含高氮化合物的高燃速CMDB推进剂研究(4):BTATz-CMDB推进剂燃烧机理研究    仪建华;赵凤起;王伯周;徐司雨;李上文;

降速剂J对丁羟推进剂工艺性能影响解析——改善工艺性能研究    宋继阁;孙奇;刘兵;乌力吉图;

纳米金属粉及Fe_2O_3对高氯酸铵热分解的催化性能研究    李凤生;刘磊力;马振叶;

我国太阳能光伏产业投资风险及决策研究    朱震宇

齐聚噻吩及其衍生物的合成、性能及应用研究    腊明

面向微波应用的铊系高温超导薄膜研究    游峰

太阳能光伏产业链垂直一体化构建研究    耿亚新

太阳能电动车关键技术研究    李春芳

Cu_2O、ZnO纳微结构薄膜的制备及其光电性能研究    赵文燕

高性能染料敏化太阳能电池的制备与研究    李晓冬

金属氧化物和草酸盐催化太根发射药热分解反应的研究    魏文娴

脂质体介导NT-3基因转染对离体小鼠耳蜗细胞的保护作用研究    王庭阔

磁性纳米基因载体介导Mcl-1特异性shRNA治疗肝细胞癌的实验研究    曹兴

染料敏化太阳能电池电极改性研究    石德晖

导电高分子修饰活性炭电极的制备与电化学性能研究    刘兰

铝离子掺杂氧化锌薄膜的溶胶—凝胶法制备及性能    贾波

微孔凝胶聚合物电解质的制备与表征    徐雪菲

染料敏化太阳能电池光阳极和对电极的研究    冯小明

六角氮化硼纳米带的电子输运性质    陈风

应力对纳米晶光电性能影响的研究    储建根

葡聚糖微结构的聚乙烯醇凝胶敷料的制备    钱琴

多孔二氧化钛薄膜的制备及性能研究    周亭

松香酸淀粉酯的制备、表征和性能研究    李景权

浮法玻璃表面镀膜技术    王凤杰

物理气相沉积技术的新进展    李健,韦习成

溶胶—凝胶法制备环保型彩色玻璃    侯艳芳,沈军,吴广明,倪星元,周斌,付甜,J.Mugnier

Ag/SiO_2复合薄膜的溶胶-凝胶法制备与光吸收特性    焦力实;张波萍;丁昕祯;陈灿;张海龙;

一种溶胶凝胶新途径制备的氧化铁薄膜    吴云,胡丽丽,姜中宏

TiO_2薄膜的光电效应在金属防腐蚀中的应用    武朋飞,李谋成,肖美群,刘冬,沈嘉年

不锈钢环保型彩色工艺及其耐腐蚀性能    张述林;李敏娇;王晓波;罗袆;

三氧化铬超微粒的制备与表征    张岩,邹炳锁,李守田,肖良质,鲍新努,史苏华

沸腾回流强迫水解法制备均分散α-Fe_2O_3超微粒水溶胶    阚世海,张岩,彭笑刚,李守田,肖良质

a-Si:H薄膜的表面光电压谱和光电化学特性研究    崔毅,王宝辉,张力

攀钢氧化铁鳞制备铁氧体磁性材料的工业应用基础研究    王恩万

不同形貌纳米α-Fe_2O_3及其杂化薄膜的制备与气敏性研究    李强

纳米氧化铁红的制备    郑明芳

太阳光高吸收黑色玻璃的制备与光谱特性研究    吴刚城

纳米氧化铁的制备及应用研究    王国田

纳米氧化铁的制备方法及进展    胡鸿飞,李大成,吉红兵

各国光伏路线图与光伏发电的进展    杨金焕;邹乾林;谈蓓月;葛亮;陈中华;

一维纳米结构材料的水热合成:钒酸盐单晶纳米线和纳米带    周根陶;

纳米材料在火炸药中的应用研究现状及发展方向    赵凤起,覃光明,蔡炳源

复合纳米材料的制备研究(Ⅰ)    张汝冰,李凤生

湿润态超细黑索今炸药爆炸特性研究    韩爱军,宋洪昌,李凤生,杨毅

纳米α-Fe_2O_3的制备及其催化高氯酸铵热分解    杨毅,李凤生,谈玲华

超微粒氧化铁薄膜的敏感特性研究    徐甲强 ,沈瑜生 ,曾桓兴 ,王弘

微结构气敏传感器的热分析与结构设计    李建平,高晓光,朱敏慧

TiO_2掺杂α-Fe_2O_3薄膜的制备与气敏性能    徐甲强,沈渝生

CdSe纳米棒的制备及光电性能研究    殷志刚

氧化铁薄膜制备方法的改进    周增均

溅射氧化铁薄膜矫顽力的研究    余梅,尤广建,周增均,罗惠临

扫描隧道显微镜对氧化铁薄膜的观察    周增均,严隽珏

溅射氧化铁薄膜的结构和磁性    周增均,严隽珏,李多传

用扫描探针显微镜观察磁性材料    周增均

华北下古生界碳酸盐岩中一些结构的形成    徐辉

性能良好的氧化铁视透式掩膜    

金属彩光云母铁珠光颜料的制备    景晓明,廖戎,岑贵利,李晖

准立方体α-Fe_2O_3纳米薄膜的紫外和红外光谱研究    李强,霍丽华,高山,赵经贵

磁控溅射工艺参数对氧化钛薄膜晶体结构的影响    徐禄祥;冷永祥;黄楠;

纳米氧化铁薄膜的制备及在废水处理中的应用研究    王静

钛白废盐中有效元素的分离及应用研究    杨海龙