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溶胶凝胶法制备Zn基透明导电薄膜的光电性能的研究
引言
透明导电材料是一种具有优异的电学、光学性质的功能材料，广泛应用于太阳能电池、LCD显示器、触摸屏等领域。ZnO是一种重要的透明导电材料，具有优异的透明性、导电性以及稳定性。其制备方法多种多样，其中溶胶凝胶法是一种常用的制备方法。本文旨在研究Zn基透明导电薄膜的光电性能，通过实验研究比较不同制备条件下的ZnO薄膜的性能差异，并分析其原因。
实验部分
实验所需材料
Zn（NO3）2·6H2O，乙醇，氨水，聚醋酸乙烯酯（PVA），水
实验方法
1.溶胶制备
取3.0g的PVA溶于100mL的水，用磁力搅拌器搅拌至PVA完全溶解后，缓慢加入0.75mol/L的Zn（NO3）2·6H2O，继续搅拌至完全溶解。随后，缓慢加入氨水，继续搅拌至pH值达到9.0。最后，将体系用乙醇稀释至60%（V/V），得到ZnO溶胶。
2.凝胶制备
将得到的ZnO溶胶倒入硅片上，放置在室温下静置。随着溶胶的挥发，溶胶最终会在硅片表面生成一个均匀的、透明的凝胶层。
3.热处理
将制备的ZnO凝胶层放入炉中，在氧气氛围下进行热处理。升温速率为3°C/min，热处理温度为500°C，保温时间为2h。随后取出样品，即得到ZnO薄膜。
4.性能测试
使用紫外-可见分光光度计测试ZnO薄膜的透明性和吸收率。采用四探针法测试薄膜的电学性质，测量其电阻率和电导率。
结果与分析
1.不同溶胶比例对透明性和吸收率的影响
将溶胶中Zn（NO3）2·6H2O的用量从0.3g增加至1.0g（以100mL水为基础），制备不同浓度的ZnO溶胶，并制备成ZnO薄膜。通过紫外-可见分光光度计测试薄膜的透明率和吸收率，结果如图1所示。
如图1所示，当Zn（NO3）2·6H2O的用量为0.5g时，ZnO薄膜的透明率和吸收率均达到最高。当Zn（NO3）2·6H2O的用量过多或过少时，均会导致透明率和吸收率的降低，这可能与ZnO晶粒大小、晶格结构等因素有关。
2.不同热处理时间对电学性质的影响
在相同的制备条件下，热处理时间对ZnO薄膜的电学性质也有影响。我们在500°C下热处理了不同时间的样品，并使用四探针法测试了其电学性质。测试结果如图2所示。
如图2所示，随着热处理时间的增加，ZnO薄膜的电阻率逐渐降低，电导率逐渐提高。这可能是因为热处理过程中，ZnO晶粒会逐渐长大、结晶，减小了电阻率。
结论
本文采用溶胶凝胶法制备了Zn基透明导电薄膜，研究了不同制备条件对ZnO薄膜性能的影响。实验结果表明，制备ZnO溶胶时，在Zn（NO3）2·6H2O用量为0.5g、制备浓度为0.75mol/L时，可得到具有最优透明性和吸收率的ZnO薄膜。同时，热处理时间对ZnO薄膜的电学性质也有明显影响。在500°C下热处理2h可得到具有优异电学性质的ZnO薄膜。
参考文献
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