光电信息工程外文翻译.doc

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1、南京邮电大学毕业设计(论文)外文资料翻译学 院光电工程学院专业光电信息工程学生姓名蒋辰班级学号B08040939外文出处应用物理杂志108，083509，2010附件：1.外文资料翻译译文；2.外文原文指导教师评价：1翻译内容与课题的结合度： 优 良 中 差2翻译内容的准确、流畅： 优 良 中 差3专业词汇翻译的准确性： 优 良 中 差4翻译字符数是否符合规定要求： 符合 不符合指导教师签名： 年月日附件1：外文资料翻译译文快速热退火对铌：二氧化钛多层电极插入有机太阳能电池的纳米银层的电学，光学，结构性能的影响我们研究了铌的电学，光学，结构，界面和表面特性的快速热退火RTA的影响：二氧化钛NT

2、O-Ag-NTO多层电极插入一个应用于纳米银层有机太阳能电池的OSCs退火温度为500，“NTO银NTO电极的电阻率和光透过率由于银向外扩散的情况下保持稳定。在NTO层的铌有效激活导致在电阻率略有下降，并在伯斯坦- 莫斯效应引起的带隙增加。然而,提高温度超过600C等导致退化严重NTO-Ag-NTO多层电极由于银扩散。基于同步加速器x射线散射和x射线光电子能谱分析结果,电气性能的相关NTO-Ag-NTO电极材料的显微结构和各层界面扩散。此外,研究发现是批判的性能是依赖于区域温度NTO-Ag-NTO电极。焊后的NTO-Ag-NTO电极虽然经历了一个相当低电阻率。这表明的激活在顶部注搀杂剂粉末层起

3、着重要作用的载体提取有机层NTO-Ag-NTO阳极电极。2010美国物理协会。一导言聚合物体相异质结有机OSCS太阳能电池已作为被深入研究的高效的新一代环保型太阳能电池，由于其具有独特的优势，结构简单，成本低，重量轻，简单的印刷制程。硅基薄膜太阳能电池竞争，应采用更划算高效的过程和更便宜的材料OSCS。特别是，制作成本效益OSCS，这是当务之急，以取代铟锡氧化物ITO电极的OSCS。铟短缺，这是ITO中的主要元素，增加了OSCS总成本。出于这个原因，各种低成本负极材料如Ga-ZnO,Al-ZnO,InZnSnOx聚3,4- 乙烯基聚苯乙烯PEDOT：PSS的单壁碳纳米管和石墨已得到了考察以取代

4、昂贵ITO电极。近日，Nb掺杂的TiO2的NTO已作为一种很有前途的铟透明导电氧化物TCO的材料引起关注，由于其2*10-4每厘米的低电阻率，90高可见透明度，而Ti元素相对丰富。虽然NTO对钛酸锶STO和LaAlO3单晶劳衬底外延膜低电阻和高透明度，是不可取的特殊单晶STO和LAO基板上生长外延NTO薄膜为低成本OSCS。为了解决这个问题，我们建议NTOAgNTO TAT多层用非常低电阻的3.58*10-5每厘米和86光学透明度比那些更大电极外延NTO电极。由NTO层之间插入金属银层，获得了即使在室温下也能增长的高性能多层TCO电极电极。然而，快速热退火RTATAT多层电极以及制作OSCS性

5、能，使用TAT电极特性影响详细的调查仍然缺乏。此外，出现了没有任何回报有关有无铟NTO为基础多层电极，这是一个有希望的候选为替代昂贵ITO电极制作OSCS。在这项工作中，我们调查了NTO30纳米/银9纳米/NTO30纳米多层使用，在使用双靶磁控溅射制备的OSCS电极的电学，光学，结构，界面和表面特性的RTA温度的影响。500摄氏度，为激活锐钛型NTO层的温度适宜的退火温度，得到优化TAT电极。对同步辐射X射线散射和X射线光电子能谱XPS深度剖面结果的基础上，采用TAT多层电极的OSCS演出退火TAT电极的结构和界面性质的相关性。二实验TAT多层电极不断倾斜双靶射频磁控溅射系统在室温下优化NTO

6、30纳米和9银纳米厚度不破坏真空磁控溅射。为简单起见，TAT多层电极简称为TAT在这里以后。在我们以前的工作，我们优化了银厚度TAT多层电极片电阻和透光基础上。使用倾斜阴极枪，NTO和Ag层不断溅射在室温下玻璃基板上。NTO层沉积，一个特别设计的黑色NTO的目标（6 wt% Nb-doped Ti2O3x）进行。传统的湿法清洗在室温下用25*25mm2的尺寸异丙醇/丙酮/甲醇/去离子水的玻璃基板解决方案后，NTO层底部裸玻璃基板上溅射在恒定RF功率100瓦，氩气流量10SCCM（ SCCM代表在STP立方厘米每分钟），工作压力的3毫托。NTO的底部层沉积后，9纳米厚银层的不断沉积底部NTO层采

7、用了金属银目标在一个恒定的直流功率20 W，Ag层厚度是通过调节沉积时间控制。随后，NTO层是相同的溅射条件下的银层作为那些准备NTO的底部层上溅射。最后，TAT多层电极快速热退火在真空条件下的温度为5分钟激活在NTO层掺杂铌功能。卢瑟福散射光谱RBS分析进行检查铌/钛/氧的沉积和退火NTO层组成。TAT多层的电性能测量霍尔效应测量HL5500PC，口音光学技术作为退火温度的功能。TAT多层光学透过率测量的波长范围在300到1200纳米的RTA温度的函数。调查银和NTO层之间的界面反应，XPS深度剖析是开展沉积的，500，700摄氏度退火样品。退火温度TAT电极的微观结构的依赖事件的全角X射线

8、散射GI-WAXS浦项光源光束线同步辐射X射线散射进行了评估。事件的波长的X射线双反弹硅111单色设置为1.243埃。此外，退火温度的函数顶部NTO的表面结构使用X射线反射率的XRR方法进行了检查。快速热退火TAT多层电极的铟成本高效的TCO材料OSCS，以评估可行性，我们制作散装异质OSCS。制作OSCS，TAT多层电极进行清洗与去离子水和异丙醇。紫外/臭氧处理后，PEDOT：PSS的CLEVIOSPH值510TAT120摄氏度的空气中10分钟退火的电极上旋涂。对于形成的光敏层，聚3- 己基噻吩P3HT的，雷基金属和125毫克25毫克混合溶液1毫升-3 -甲氧羰基丙基-1-苯基6,6C61与

9、PCBM，纳米- C1，2- 二氯苯上的PEDOT薄膜顶部：在N2气氛中的PSS层旋涂。然后，溶剂退火处理是保持活跃毫米电影，2小时内盖玻璃瓶额外的热退火110摄氏度的10分钟，形成活性层厚度为230nm。钙/铝（20/100纳米）金属顶部电极在真空条件下使用的金属面具，面积4.66平方毫米，在10-6 托的压力下，通过热蒸发完成海岛型电极设计与设备制造。使用吉时利4200源测量单元测量电流密度电压曲线。电池性能测定100mW/cm2的光照强度下，生成一个1千瓦的太阳能模拟器奥丽尔用一个AM1.5G滤波器在氮气填充的手套箱。为了确保准确性，光照强度校准使用辐射功率计和参考硅太阳能电池NREL所

10、PVM188认证与KG5颜色过滤窗口。三结果与讨论（1）本文所用到图表 图1.色线上_RBS产量通道Si衬底上沉积的NTO薄膜情节。在片中的钛/铌/ O的原子比测定是1/0.07/2.22。b作为Si衬底上沉积NTO层表现出对Nb掺杂均匀分布的XPS深度剖面。图2.线上彩色薄膜电阻，电阻b机动性，和载流子浓度TAT退火温度的函数的多层电极。图3.彩色线上TAT退火温度的函数的多层电极的光学透射谱。插图显示退火TAT电极。bTauc的情节与事件光子TAT/玻璃退火温度升高，其中的插图显示计算的带隙值2。图4.（彩色线）图从片状电阻和平均光透过率在波长450纳米到退火温度的函数计算TAT多层电极的

11、优点价值。插图显示TAT电极与优点价值最高的数字图片（500摄氏度退火样品）。图5.色线分别表示XPS深度剖面的（a）沉积温度，（b）500摄氏度， （c） 700摄氏度退火TAT多层电极。图6.色线上XPS核心银和O级光谱获得NTO/银接口（a）沉积的温度，（b）500摄氏度，（c） 700摄氏度退火TAT多层电极。随着溅射时间的深度剖析，银3D峰值强度增加。图7.色线上X射线衍射型材TAT多层在1度射角。符号A表示为锐钛矿结构图8.彩色线上一个规范化的XRRTAT多层和B模拟一个单一的Ag层绿色的XRR曲线，曲线虚线和NTO一层红色虚线。在B实线测量的数据TAT多层。图9.色线上一个的OS

12、C图片和示意图上TAT多层电极制备体相异质结OSCS的带隙结构。b现行的OSCS特点制作TAT多层电极退火温度的函数(AM为1.5G的条件下，入射光强为100 mW /cm2)。图10.（彩色线条）OSC的结构示意图的制作TAT多层，TAT多层电极的电极，并通过孔的电流流向。表1.比较OSCSTAT退火温度的函数的多层电极制作性能。（2）文字解释作为NTO层沉积单原子比使用RBS检查。RBS产量通道作为沉积单NTO层积如图.1 a。实线代表使用，从得到的Ti/ NB /O比臀部代码仿真计算的散射数据。RBS结果表明，作为沉积NTO层的钛/铌/ 氧比值是1/0.07/2.2。甚至与黑色NTO的目

13、标铌的用途：Ti2O3-x，为沉积层NTO表现出较低的钛/氧比黑NTO目标的比例，因为NTO下只有氩层准备与活性氧气。此外，它被发现，铌，均匀地分布在NTO膜深度方向与Nb含量平均为0.07，该报告由Hitosugi等类似的价值。为了确认了铌掺杂在NTO层的均匀分布，单NTO层的XPS深度剖面进行了如图.1 B所示。随着溅射时间常数的原子百分比表示，Nb原子NTO在单一层均匀分布的，没有掺杂浓度的波动。图2显示了作为一个功能的RTA温度TAT多层电极的电性能。如图2 A，TAT多层电极片电阻和电阻，随着退火温度高达600摄氏度，TAT多层电极表现出类似的电阻率的34*105 /cm，由于存在金

14、属银层，TAT电极进行的主要路径。TAT多层电极的电阻率是远远高于先前报道的外延或多晶硅,锐NTO薄膜的电阻率较低，即使它准备在室温，最低电阻下，TAT多层电极片电阻4.68/平方米获得了在退火温度500摄氏度。值得注意的是，TAT多层电极有相当恒定的电阻率，方块电阻在退火温度低于600摄氏度，TAT多层电极的热稳定性。由于其优越的热稳定性，TAT多层电极，可应用在染料敏化太阳能电池，或在CuInGaSe2作为透明电极的太阳能电池。然而，700摄氏度退火TAT多层电极呈急剧增加的电阻和薄膜电阻，由于严重的向外扩散到NTO层的银原子。随着退火温度的载流子浓度和TAT多层电极的流动性如图.2 b。

15、退火温度500摄氏度，TAT电极的载流子浓度呈线性增加2.11*1022到6.76*1022每立方厘米，增加退火温度。然而，增加退火温度超过600摄氏度，导致了该载流子浓度略有下降（5.62*1022 cm3）700摄氏度退火TAT多层电极的载流子迁移率显着降低了5.21*1021 cm3的载流子浓度，退火的样品在500摄氏度显示的最高值43.1平方厘米/V s，这是由于银和NTO层的结晶。然而，上述退火温度为500摄氏度，如载流子浓度TAT多层电极的载流子迁移率直线下降。尤其是700摄氏度退火样品表现出的最低流动性为10.3平方厘米/V s，这是由于Ag和XPS深度剖面在图5c证实NTO层混

16、杂。因此，最高的700摄氏度，电阻退火TAT电极主要是由于降低载流子浓度和Ag和顶部/底部NTO层之间的界面反应引起的流动性。图3显示了光透过率增加退火温度，其中该插图显示了TAT样品图片的TAT多层电极。由于有效的抗反射效果之间的NTO层夹着银层，沉积TAT多层电极表现出相当高的透光率，特别是在可见光范围内，类似的其他氧化银氧化物多层膜电极。范讨论等,银镜可见吸收低5，高红外线反射层之间嵌入二氧化钛介电层，二氧化钛，当TiO2AgTiO2的多层可以抑制Ag层的反射，在可见光区域和获得选择性的透明效果 。然而，在近红外区域TAT多层电极的透光率就是低，由于金属银层具有很高的等离子体振荡频率，屏

17、幕内导带的带内跃迁事件电磁波的存在。所有退火TAT多层电极的退火温度低于500摄氏度显示了类似的光透过率在可见光区，无论退火温度。特别是，平均TAT多层电极的光透射波长范围在450至600纳米，对应的吸收范围（450至600纳米）活性材料P3HT：PCBM的，仍低于500摄氏度退火温度（约90）。然而，600和700摄氏度退火TAT多层突然下降表明，由于Ag层扩散到NTO层的平均光透过率。图.3 a显示图片TAT多层电极的玻璃基板上的RTA温度的函数增长。正如预期的那样，所有TAT电极显示类似的光透过率为700摄氏度退火样品除外。由于Ag层的扩散，700摄氏度退火样品有一个绿色的颜色。图3b显

18、示了吸收系数与光子能量作为一个功能的RTA温度TAT电极2的情节，而插图显示拟合带隙Eg值。TAT多层电极的光带隙能量估计由Tauc模型应用在高吸收区，其中就是吸收系数，h是光子的能量，A是一个常数，例如就是光学带隙，N =1/2的直接过渡。光学带隙可依此推算此图能量轴的直线部分。图.3 b表现出随着退火温度TAT多层电极的带隙。它清楚地看到TAT电极的光学带隙，增加退火温度高达500掳C。提高了带隙的增加，以及配合图.2 b的载流子浓度的增加。这TAT多层电极的带隙扩大，增加载流子浓度可以由BursteinMoss解释。然而，它被发现，进一步增加在退火温度高于600摄氏度，结果在减少TAT多

19、层电极的带隙。根据表上的阻力和平均透过率TAT电极，获得高品质TAT电极的最佳退火温度可以决定的。图4显示了优异的价值（T10 /Rsheet）计算平均光透过率（T）和薄膜电阻TAT多层电极的数字（Rsheet）。获得的优点价值最高的数字为（73.5*103 1）500摄氏度的退火TAT电极。这是一个比以前报道的ITOAgITO值(TC24.7*103 1)高得多的值在玻璃基板上表面增长。图5显示了XPS深度剖面的沉积和退火的500和700摄氏度TAT多层电极获得。XPS深度剖面的沉积TAT电极图.5a，清楚地表明，个别顶部NTO，银，和底部的NTO层定义在玻璃基板上没有银和NTO层之间的界面

20、反应。底部的对称的特点和顶部NTO层表示了相同的顶部和底部NTO层具有相同的厚度和成分，由于双靶溅射过程的精确控制。XPS深度剖面的500摄氏度优化退火TAT多层电极样品图.5b显示了作为沉积TAT图多层电极类似的功能。然而，图.5a显示Ag层的原子百分比略有下降，而在全宽度的一半，最大的半高宽增加。拓宽银峰值显示，银层之间夹在在NTO层出扩散到RTA的过程中在NTO层。虽然在500退火银TAT多层电极表明RTA的过程中，在500C银外扩散后向外扩散可以不影响TAT多层电极在电学和光学性质，因为在银之间的界面区域向外扩散主要发生顶部和底部的NTO层，同步辐射X射线散射检查证实。然而，在退火TA

21、T700C间多层电极Ag层呈现出显着下降的银原子的比例，增加沉积样品的半高宽比。在银原子百分比的下降显示出扩散到顶部和底部的NTO层和银原子与NTO层混合。突然增加的电阻率和光透过率下降700C间退火TAT电极银原子向外扩散到NTO层密切相关。图6显示了XPS核心层Ag层和顶部的NTO的沉积和退火TAT多层电极层之间的界面区域获得的光谱。银的3d和O 1s的核心层中获得NTO/银接口作为沉积TAT多层电极。图6 A表现出恒定的结合能在373.78eV（Ag 3d3/2），367.78eV（Ag 3d5/2）的，和530.28eV（O 1s）的。随着溅射时间为深度剖面，Ag3d和O 1s峰值表明

22、恒定的结合能，这表明缺乏界面反应，预计由图5 A得出。如图5 B，对于银3D和O1S峰从500摄氏度获得退火TAT多层电极。同时随着Ag层向外扩散，即使在图观察溅射时间没有约束力的能量转移。恒定Ag和O峰位500摄氏度退火TAT多层电极表明Ag2O的阶段如界面层的形成没有向NTO层向外扩散的银原子在退火过程的结果得出。值得注意的是，在NTO层界面区域的分离是由于难以形成较高的二氧化钛923.8kJ / mol的，Ti2O3 923.8kJ / mol的，Nb2O5的350.5kJ / mol的Ag2O的31.1千焦耳/摩尔相比。此外，Ag的3d和O 1s峰从700摄氏度退火TAT多层电极得出。

23、如图6 C退火样品500摄氏度显示出类似的性能得出。恒峰位置表明，那里没有在银/NTO界面区的银层氧化得出。NTO的无定形薄膜在退火过程中的结晶行为被揭露GI-WAXS测量得出。虽然是常规的对称的X-射线衍射，放牧事件几何形状可以提高薄膜的散射信号，几何形状是研究薄TAT多层更为适当得出。在我们的测量，入射角保持在1度得出。图7显示的沉积和退火TAT电极的GI-WAXS型材得出。有人指出，“NTO层保持在非晶相的退火温度低于400摄氏度。在退火温度低于400摄氏度，所有GI-WAXS剖面显示，只有结晶银（111），（200），（220），（311）峰得出。然而，500摄氏度退火TAT样品如图显

24、示几个锐钛矿相的峰符号得出。图7，显示NTO层的顶部和底部的结晶得出。NTO电影晶相为锐钛矿，这是TCO层的有利阶段，随着退火温度稍微增加了锐钛矿相的衍射强度，这表明，大部分NTO非晶薄膜结晶在500摄氏度。在此退火温度Ag层的结晶，也增强，在400摄氏度，退火的Ag层和银的偏好方向改变，从最初的随机取向到111。正如张某等人讨论得出。锐钛矿相是有利的TCO电极，因为锐钛矿型TiO2具有低得多的关键捐赠密度（5*1018 cm3）比金红石型二氧化钛的阶段过渡（1021 cm3）。由于较大的波尔半径在锐钛矿二氧化钛的氢捐赠状态（15 ）比金红石型二氧化钛锐钛矿TiO2掺杂（2.6 ）更能表现出金

25、属的性能。因此，NTO锐钛矿相的金属运输性能是密切相关的莫特过渡的关键捐赠密度低。TAT多层分层特性进行了研究使用的XRR测量得出。图8显示了退火TAT多层退火温度的函数的反射率曲线。XRR曲线的强度振荡源于NTO和Ag层的厚度。退火温度为600度，振荡明显表明NTO和Ag维持，没有混杂层。然而振荡在700度退火后突然消失，强度下降萎缩到一个较低的角度表明Ag层，在此温度下的变形。这表明，Ag层有严重的向外扩散，通过NTO层。以确认Ag层的恶化获得的XRR仿真曲线，如图所示。8 B其中红色虚线与绿色虚线代表单NTO和Ag层分别。XRR曲线的沉积和700度退火样品也显示为实线。由于高密度银银的临

26、界角是高于NTO。因此，在单Ag层沉积样本比赛XRR曲线的强度下降，绿色虚线。同时，700度XRR曲线退火样品同样下跌NTO的单层。这一结果表明，Ag层恶化，不再是胶片感，由于严重的银原子向外扩散。这Ag层的恶化，电气和XPS深度剖析的结果是非常一致的。直接调查TAT多层膜作为阳极OSCS和TAT多层电极的退火温度对电池性能的影响传统的体相异质结的制备和比较各种TAT多层电极OSCS的潜在用途。图9a显示的原理结构和带TAT多层电极制造OSCS结构。所有的有机层沉积淀积和退火TAT电极上，同时在相同的制备条件。图9b显示了合资100mW/cm2的光照与AM1.5 G条件下的测量曲线。太阳能发电

27、转换效率：Ps, FF, Voc, Jsc, and 分别为输入太阳辐射（mW/cm2），填充因子，开路电压（V），短路电流（mA/cm2），电源转换效率（）。FF就是指：其中Jm 和 Vm分别是最大电流和最大电压。，JSC，VOC和FF详细信息来自曲线如图9b计算。在表一中列出。作为淀积TAT多层电极制备OSC的显示性能差的特点：开路电压0.55 V，JSC0.21mA/cm2时，FF0.26，0.03。然而在退火TAT多层电极制备OSCS表明随着退火温度的提高性能。500度制作的OSCS退火TAT多层电极表现出优良的性能特点：开路电压0.58 V，JSC6.92mA/cm2时，FF0.61

28、，2.45。正如图所示.9b和表1，有趣的是，TAT多层电极制造OSCS的性能关键取决于他们的退火温度，即使所有的样品也有类似的片电阻和光透过率。考虑到所有材料和用于制造太阳能电池的过程是相同的，除了退火温度TAT多层电极，所有TAT电极表现出类似的光透过率和电阻片，退火温度的依赖OSC的性能，可以归因于NTO的顶端电极的有效激活。正如图10所示，当前流动应通过NTO顶端层，以达到金属银层，就是目前在TAT电极的主要路径。然而，作为淀积顶部NTO层流孔的载体，通过就是很难的，因为作为NTO沉积与层非晶结构具有相当高的电阻率。出于这个原因，OSC的制作上淀积TAT多层电极没有工作，即使作为淀积T

29、AT电极有低电阻6.53/平方米。相比之下，退火TAT多层电极制作的振荡，表明随着退火温度提高性能，因为RTA过程导致锐NTO层的形成与低电阻率的Nb掺杂有效激活。NTO电极导电锐在一般情况下，可以实现由外延薄膜沉积在一个较高的衬底温度或在氢退火后的具体基板上，如STO和LTO。因此，较高的电池性能较高的退火温度，退火TAT多层电极制造的OSC可以解释在NTO层铌激活和形成进行锐NTO的影响，预计来自X射线散射检查。四.结论我们调查OSCS应用退火温度的功能符合成本效益的铟TAT多层电极的电学，光学，结构，接口属性。基于同步辐射X射线散射和XPS检查，TAT电极的电性能与微观结构和界面性能TAT多层。它被发现TAT多层电极的电学和光学性质稳定保持不退化，退火温度低于500度。在优化退火温度为500度，TAT多层电极电阻3.48*10-5厘米和89.9的平均透过率。然而，在退火温度高于600度，TAT多层电极开始降低由于Ag层向外扩散到NTO层。此外，性能TAT多层电极制作的OSC关键依赖RTA的温度。这表明，铌在NTO的顶部和底部层的激活起着非常重要的角色，在获得高品质TAT多层电极在应用成本效益OSCS。