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        • 书名: 氧化锌透明导电薄膜及其应用
        • 出版时间: 2014-05-10
        • 作者: 陈建林、陈荐、何建军 等
        • 出版社: 化学工业出版社
        • CIP分类号: TQ171.6
        • 丛书名: 氧化锌透明导电薄膜及其应用
        • 字数: 216
        • 装帧:
        • 版次: 1-1
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        书号:978-7-122-10513-4

        书名:氧化锌透明导电薄膜及其应用

        作者:陈建林、陈荐、何建军 等编著

        定价:58.0000

        出版社:化学工业出版社

        出版时间:2011-06-01 00:00:00.0

        CIP分类号:TQ171.6

        字数:216

        装帧:

        版次:1-1

         

        内容简介:本书主要介绍了新型ZnO基透明导电薄膜和低成本、大面积湿化学法成膜技术;概述了透明导电氧化物薄膜的透明导电机理、材料体系、掺杂策略、制备技术、应用开发及发展趋势;比较了气相沉积法与湿化学沉积法的成膜机理;重点论述了溶胶凝胶法、喷雾热分解法、电沉积法、化学浴沉积法等低成本、大面积制备ZnO基透明导电薄膜和ZnO纳米线阵列膜的湿化学法可控生长及其应用于太阳能电池。

         

        读者对象:本书可供从事无机非金属材料、透明导电氧化物(或透明氧化物半导体)、薄膜太阳能电池、新能源材料与器件等领域的科研人员和技术人员参考,也可供高等学校相关专业的师生参阅。

         

        序言:透明导电氧化物(Transparent Conductive OxideTCO)薄膜是一类可见光透明的宽带隙氧化物半导体通过掺杂或其他缺陷化学原理而制备的具有导电性的薄膜材料,主要包括以ZnOSnO2In2O3CdO等为基体的掺杂型或多元氧化物复合的TCO材料体系。近年来,由于pTCO、透明pn结等的发展,TCO的概念进一步扩展至透明氧化物半导体(Transparent Oxide SemiconductorTOS),从而发展成为一个新的研究方向——透明电子学(Invisible Circuits),引起学术界和产业界的广泛兴趣。TCO薄膜具有可见光透过率高和电阻率低的特点,同时吸收紫外线,在近红外区具有高反射率和对微波具有较强的衰减性,被广泛应用于太阳能电池、平板显示、特殊功能窗口镀膜以及其他光电器件领域。目前,对TCO薄膜的研究主要集中在以下几方面:大面积成膜、低成本制备TCO薄膜;柔性衬底TCO薄膜;开发新型TCO薄膜材料及器件;研究TCO薄膜应用中的技术问题。其中,ZnOTCO薄膜因其具有应用于硅基薄膜太阳能电池中的独特优势而备受关注。

        本书中主要论述溶胶凝胶法、喷雾热分解法、电沉积法、化学浴沉积法等湿化学成膜工艺。依据成膜机理与特点,笔者将成膜技术分为气相沉积法(包括物理气相沉积法和化学气相沉积法)与湿化学沉积法(溶胶凝胶法、喷雾热分解法、电沉积法、化学浴沉积法等)两大类。国内关于薄膜科学与技术的论著较多,但大多偏重于气相沉积法镀膜,而有关湿化学法成膜的论著却很少。湿化学沉积法(或溶液化学法)镀膜是一类以溶液为起始材料制备薄膜的技术。与气相沉积法成膜相比,湿化学法成膜是廉价的方法,无需复杂的真空设备,合成温度低;无需高纯昂贵的靶材,且原材料利用率高;溶液组分容易调整,均匀性好;能够实现低成本、大面积成膜,因而更有潜力实现规模化生产。缺点是薄膜的结晶性与组织致密化程度较差,因此对其工艺优化或改进也是本书讨论的重点。另外,ZnO纳米线(或棒)阵列膜作为染料敏化太阳能电池(DSSC)的半导体材料也是近年来的研究热点;湿化学法是生长ZnO纳米线(或棒)阵列膜的主要方法,具有合成温度低、易于大面积制备和成本低等优点,而且纳米线(或棒)阵列的形貌、长径比、尺寸和密度分布的可控性好,本书也对此做了较详细的讨论。

         

        本书是编著者及其研究小组在TCO薄膜、薄膜太阳能电池、新能源材料与器件等方面所做工作的基础上,结合国内外关于TCO薄膜的最新研究进展与产业化发展动态,主要论述了采用湿化学法制备ZnOTCO薄膜的基本原理、工艺优化、掺杂策略以及产业化应用等问题,在一定程度上代表了编著者的学术思想和研究方法。

         

        本书共分8章:第1章概述了透明导电氧化物薄膜;第2章讨论了ZnOTCO薄膜的结构、特性及制备技术;第3章比较了气相沉积法与湿化学沉积法的成膜过程,从热力学和动力学角度讨论薄膜的成核与长大机理,提出湿化学法成膜中增强结晶性的优化措施;第4567章分别论述了溶胶凝胶法、喷雾热分解法、电沉积法和化学浴沉积法大面积成膜制备ZnOTCO薄膜的原理、装置、工艺及研究进展;第8章介绍了染料敏化ZnO纳米线(或棒)阵列太阳能电池。

        本书既体现了科学发展的前瞻性,又注重了新材料的基础研究和产业化应用。值得一提的是,本书所述湿化学法成膜是低成本、大面积制备ZnO基透明导电薄膜或ZnO纳米线(或棒)阵列的有效方法,也为合成其他功能薄膜或陶瓷涂层提供了思路和方法。本书对于从事无机非金属材料、透明导电氧化物(或透明氧化物半导体)、薄膜太阳能电池、新能源材料与器件、功能薄膜等领域的科研人员和技术人员,以及高等学校相关专业师生具有参考价值。

        本书的出版得到长沙理工大学出版基金、动力机械及工程湖南省重点学科和能源高效清洁利用湖南省高校重点实验室的共同资助。本书在编著过程中,湖南大学陈振华教授和万隆教授给予了指导和支持,长沙理工大学任延杰博士、刘智敏博士、邱玮博士等参与编著了本书,化学工业出版社有关同志为本书的出版付出辛勤的劳动,在此一并表示诚挚的谢意!

         

        由于很多内容尚处于发展和研究阶段,又鉴于作者学识有限,疏漏和不当之处在所难免,敬请读者批评指正!

         

        编著 

         

        20111

         

        目录:

         

        第1章透明导电氧化物薄膜概述1

         

        1.1引言
         1.2太阳光谱基础知识
          1.2.1太阳常数与大气质量
          1.2.2太阳光谱分布
         1.3tco薄膜的透明导电机理
          1.3.1tco薄膜的透光性
          1.3.2tco薄膜的导电性
          1.3.3导电性与透光性的关系
         1.4tco薄膜的材料体系
          1.4.1n型掺杂tco薄膜
          1.4.2p型掺杂tco薄膜
          1.4.3多元氧化物复合tco薄膜
          1.4.4非晶tco薄膜
         1.5tco薄膜的应用开发
          1.5.1太阳能电池
          1.5.2透明薄膜晶体管
          1.5.3其他方面的应用
          参考文献
        第2章zno-tco薄膜的结构、特性及制备技术
         2.1引言
         2.2zno的晶体结构及基本性质
         2.3zno的能带结构
         2.4zno-tco薄膜的掺杂策略
          2.4.1化合价
          2.4.2离子半径
          2.4.3电负性
          2.4.4氧化态、离子外层电子构型
          2.4.5温度
          2.4.6madelung能
         2.5zno-tco薄膜的制备技术
          2.5.1磁控溅射法
          2.5.2脉冲激光沉积法
          2.5.3电子束蒸发法
          2.5.4金属有机物化学气相沉积法
          2.5.5喷雾热分解法
          2.5.6溶胶-凝胶法
          2.5.7电化学沉积法
          2.5.8水热法
          2.5.9化学浴沉积法
         2.6zno纳米线(或棒)阵列膜的可控生长
         2.7柔性衬底zno-tco薄膜的开发
          2.7.1柔性衬底材料
          2.7.2柔性 tco 膜的制备技术
          2.7.3柔性衬底zno-tco膜的开发
         2.8绒面zno-tco薄膜的开发
          参考文献
        第3章气相沉积法与湿化学沉积法的成膜机理
         3.1引言
         3.2气相沉积法的成膜机理
          3.2.1薄膜生长的热力学原理
          3.2.2气相沉积法成膜的动力学过程
         3.3溶胶-凝胶法的成膜机理
          3.3.1成核与长大的热力学原理
          3.3.2成核与长大的动力学解释
          参考文献
        第4章溶胶-凝胶法制备zno基透明导电薄膜
         4.1引言
         4.2sol-gel法制备zno薄膜的化学反应原理
         4.3sol-gel法制备zno薄膜的工艺控制
          4.3.1溶胶体系
          4.3.2基片处理
          4.3.3镀膜工艺
          4.3.4热处理制度
          4.3.5工艺流程
         4.4sol-gel法制备zno薄膜的热分解及晶化过程
          4.4.1tg-dsc分析
          4.4.2晶相组成与结构表征
         4.5al掺杂对zno薄膜结构及光电性能的影响
          4.5.1晶相组成与结构表征
          4.5.2光学性能
          4.5.3电学性能
         4.6al-sc共掺杂对zno薄膜结构及光电性能的影响
          4.6.1工艺流程
          4.6.2晶相组成与结构表征
          4.6.3光学性能
          4.6.4电学性能
          4.6.5掺杂机制的解释
          参考文献
        第5章喷雾热分解法制备zno基透明导电薄膜
         5.1引言
         5.2喷雾热分解成膜技术的简介
         5.3喷雾热分解成膜的原理
         5.4喷雾热分解成膜的设备与工艺控制
          5.4.1前驱体溶液的配制
          5.4.2雾化过程
          5.4.3蒸发干燥过程
          5.4.4热分解过程
          5.4.5薄膜的形核与长大过程
         5.5喷雾热分解法制备致密zno基薄膜
         5.6喷雾热分解法制备zno纳米线(或棒)阵列膜
          参考文献
        第6章电沉积法制备zno基透明导电薄膜
         6.1引言
         6.2电沉积法制备半导体材料的简介
         6.3阴极还原电沉积zno薄膜的原理
          6.3.1阴极还原的电沉积过程
          6.3.2电化学反应原理
         6.4电沉积法制备zno基薄膜的工艺控制
          6.4.1电流密度
          6.4.2电沉积溶液
          6.4.3电沉积温度
          6.4.4搅拌作用
          6.4.5换向电流与电流波形
         6.5电沉积法制备致密zno基薄膜
          6.5.1zno薄膜的电沉积
          6.5.2掺杂型zno薄膜的电沉积
         6.6电沉积法生长zno纳米线(或棒)阵列膜
          参考文献
        第7章化学浴沉积法制备zno基薄膜
         7.1引言
         7.2无电沉积法制备致密zno薄膜
         7.3化学浴沉积法生长zno纳米线(或棒)阵列膜
         参考文献
        第8章染料敏化zno纳米线(或棒)阵列太阳能电池
         8.1引言
         8.2基于半导体纳米线(棒)阵列的太阳能电池
          8.2.1太阳能电池的发展趋势
          8.2.2太阳能电池的性能表征
          8.2.3基于半导体纳米线(或棒)阵列的太阳能电池
         8.3染料敏化zno纳米线(棒)阵列太阳能电池
          8.3.1染料敏化纳米晶太阳能电池的简介
          8.3.2染料敏化纳米晶zno太阳能电池的发展历史
          8.3.3染料敏化纳米晶zno太阳能电池的器件制作与输出特性
        参考文献

        关键词: