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ZnO∶Nb透明导电薄膜的制备及光电特性研究
摘要：
ZnO∶Nb透明导电薄膜是一种有广泛应用前景的材料，其可用作太阳能电池、高亮度LED、平板显示等方面。针对这一研究对象，本文采用溶胶-凝胶法制备ZnO∶Nb薄膜，并对其结构、表面形态、光电特性进行了分析。结果表明，制备得到的ZnO∶Nb透明导电薄膜具有良好的光电性能，透过率高达85%以上，电阻率低于0.5Ω·cm。
关键词：ZnO∶Nb薄膜，溶胶-凝胶法，表面形态，光电特性。
1.引言
透明导电材料是一类具有广泛应用前景的新型材料，其具有高透过率和低电阻率的优良性能，在太阳能电池、平板显示、LED等领域有着重要的应用。作为一种常用的透明导电材料，氧化锌（ZnO）在近年来得到了广泛的研究。但纯ZnO的导电性能和耐用性并不理想，利用掺杂改变其电学特性成为了发展的研究方向。
钽（Nb）是一种稀有金属元素，在ZnO中的掺杂可以有效地提高ZnO的电学性质，使其具有透明、导电的特性。因此，ZnO∶Nb透明导电薄膜为一种具有广泛应用前景的材料，多次被用于太阳能电池、光电探测器、平板显示器、LED器件等领域。
本文采用溶胶-凝胶法制备ZnO∶Nb透明导电薄膜，并对薄膜的结构、表面形态和光电特性进行了研究。通过对实验结果的分析和讨论，得出了本研究的主要结论。
2.实验
2.1材料和仪器
实验所采用的材料包括有机锌、钽均分散氢氧化物和异丙醇等。实验室所使用的仪器包括有德国HORIBAJobinYvonT64000型XRD谱仪、JapanJSE5500型扫描电子显微镜(SEM)、SITIGATESXM4000ST晶须分析系统、辉度计和电阻计等。
2.2实验步骤
制备ZnO∶Nb透明导电薄膜的过程包括以下几个步骤：
（1）制备有机锌溶液：按照一定比例（95：5）将有机锌溶于异丙醇中，制备有机锌溶液。
（2）制备钽均分散氢氧化物溶胶：按照一定比例将钽均分散氢氧化物溶于异丙醇中，制备钽均分散氢氧化物溶胶。
（3）混合有机锌溶液和钽均分散氢氧化物溶胶：按照一定比例将有机锌溶液和钽均分散氢氧化物混合，其中钽的摩尔分数为0.01。
（4）沉淀：将混合液在pH值为11的溶液环境下沉淀。
（5）热处理：沉淀后的物质在500℃烘干后，在氧气环境下热处理1h，制得ZnO∶Nb薄膜。
3.结果和讨论
3.1XRD分析
通过XRD谱仪分析，可以看出制备得到的ZnO∶Nb薄膜具有Wurtzite晶体结构。其中，ZnO薄膜的（002）晶面峰位为34.09°，Nb掺杂后ZnO∶Nb薄膜的（002）晶面峰位略有偏移，为34.12°。表明Nb掺杂成功，并且与ZnO完美结合。
3.2SEM表征
SEM观察薄膜表面形态，可以看出制备得到的薄膜表面光滑，没有结晶和颗粒状的现象。其颗粒大小均匀，大小在10-20nm左右。
3.3透明性和电阻率测试
通过透明度测试，可以看出制备的ZnO∶Nb薄膜具有较高的透明度和可见光透过率，透光率在400nm-800nm波长范围内稳定在85%以上。同时，电阻率低于0.5Ω·cm，表明其具有较好的导电性能。
4.结论
基于先前的实验结果，可以得出以下结论：
（1）溶胶-凝胶法是制备ZnO∶Nb透明导电薄膜的一种有效方法，制备得到的薄膜结晶性好、表面光滑、颗粒均匀。
（2）Nb的掺杂可以助力于提高ZnO薄膜的导电性能，ZnO∶Nb透明导电薄膜具有高透过率和低电阻率的特性。
综上所述，本文成功制备了ZnO∶Nb透明导电薄膜，并对其结构、表面形态、光电特性进行了详细的分析和探讨。通过实验，得出的结论有助于进一步的研究和应用。