博士畢業論文開題報告

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　　博士畢業論文開題報告 篇1

　　論文題目：疊層透明導電薄膜的制備及其性能研究

　　一、選題背景

　　透明導電薄膜由于具有高透過率和高導電性而被廣泛應用于當代科學與技術的各個領域，并成為物理電子學、材料學、半導體光電子學等各種新興交叉學科的材料基礎。但是，在沒有發現透明導電氧化物之前，人們認為在自然界中所有導電的物質都是不透明的。直到 1907 年，Badeker打破了人們對導電物質的透明性的傳統認識，他發現 CdO 這個材料不僅導電同時還是半透明的。而最初這種透明導電氧化物只是用在飛機的擋風玻璃上。之后，薄膜科學與技術飛速發展，在二十世紀五十年代，人們先后制備出了SnO2基透明導電薄膜和In2O3基透明導電薄膜。為了降低薄膜的成本，在 20 世紀 80 年代，人們開始關注 ZnO基透明導電薄膜。目前，摻雜型的透明導電薄膜的主體材料主要有 In2O3、ZnO、SnO2、Ga2O3、CdO。其中，應用比較廣泛的摻雜體系有 ZnO:Al (AZO)、SnO2:F、SnO2:Sb、In2O3:SnO2(ITO)。[6-13]而透明導電薄膜的制備方法可以分為化學鍍膜法和物理鍍膜法�；瘜W鍍膜法主要有等溶膠-凝膠，噴涂熱分解，以及各種化學氣相沉積;物理鍍膜法主要有各種濺射鍍膜技術，各種真空蒸發鍍膜技術，其中包括離子源輔助的電子束熱蒸發鍍膜技術。

　　不同的制備方法各有利弊，比如說噴涂熱分解法的制備成本低，但制備出的薄膜的性能不夠理想;而目前公認的最佳制備透明導電薄膜的磁控濺射法，雖然其工藝已經非常成熟，并且可以生產商業化的 ITO，但是也存在著成本高，效率低等缺點。目前，除了建筑和節能窗戶外，透明導電薄膜主要應用在顯示和太陽能電池方面。作為有機光電器件中的電極材料，透明導電薄膜在市場上也有著巨大的需求量。迄今為止，應用最廣泛的是 ITO 透明導電薄膜，同時它也是最早應用在有機光電器件當中的透明導電薄膜。但 ITO 中的銦是一種稀有元素，隨著對薄膜需求量的增加，銦價格上漲的同時還面臨著耗盡的威脅。而且隨著科技的快速發展，ITO 透明導電薄膜作為透明電極已經不能滿足日新月異的光電器件的發展需求，比如人們希望透明導電薄膜的制備成本可以更低，在作為光電器件的載流子注入電極時，它的功函數是可控的等等。這些要求 ITO 已經不能夠滿足，因此，研發新型高性能實用化的透明導電薄膜有著重要的.意義和價值。近年來報道了一些可作為 ITO 替代品的電極，例如碳納米管、石墨烯、導電聚合物、金屬薄膜、金屬納米線，以及金屬網格等等。這些電極都有各自的優點和缺點，在光電性質及其穩定性、生產工藝等方面仍面臨不少問題需要解決，相信隨著研究的不斷深入，若干種材料的性能將逐漸完善，并進入實用化階段。而現階段研制出新型具有良好光電性能的透明導電薄膜仍是一項巨大的挑戰。

　　二、研究目的和意義

　　介質/金屬/介質(Dielectric/Metal/Dielectric, DMD)疊層透明導電薄膜是新型無銦透明導電薄膜之一，這種導電薄膜可以通過調節金屬兩側介質的厚度來調節薄膜的透過率，使其在獲得高電導率的同時在可見光區域具有高透過率。而且，這種薄膜的制備工藝簡單，不需要加高溫，可選擇的材料范圍也很廣，并不僅僅限制于幾種材料。[2,46-48]DMD 薄膜雖然有很多優點，但也存在一些需要解決的問題，比如它的導電機理尚不明確，作為電極和相鄰的有機層之間還存在一定的界面問題等。這些方面都需要相關研究者做進一步的研究工作。

　　三、本文研究涉及的主要理論

　　隨著透明導電薄膜的飛速發展，越來越多的新型的透明導電薄膜出現在人們面前，按照薄膜的組成成分和組成結構，我們將透明導電薄膜大致可分為以下幾類：透明導電金屬薄膜、透明導電氧化物薄膜、疊層透明導電薄膜、聚合物導電薄膜、導電性粒子分散介電體、透明導電化合物薄膜、新型納米結構導電薄膜。

　　金屬薄膜(如 Au、Cu、Ag、Al 等)由于自由載流子濃度高(1020cm-3以上)，所以它具有很好的導電性。但同時也因為載流子濃度高，金屬薄膜是紅外光和可見光的反射體，等離子體頻率分布在近紫外光區，所以它在可見光區域內透過率不是很好。如果想提高可見光區域的透過率，就需要將金屬薄膜做得很薄(<20nm)。金屬薄膜厚度在 10 nm 左右時光電性能最好，但薄膜是島狀結構，為了提高薄膜的成膜性，人們在基底上鍍一層氧化物，比如 SiO2、Al2O3等，但這樣受到雜質和表面效應的影響薄膜的電阻率變大了。因此很難制備出連續的且光電性能良好的金屬薄膜。除此之外，金屬薄膜易受外界環境的影響，且強度低�？傊�，金屬薄膜的缺點很多，但最突出的優點就是電阻率小。表 1.2 為常見的金屬膜的材料性能。

　　氧化銦是一種白色或淡黃色的物質，它的晶體結構如圖 1.1 所示，是立方錳鐵礦結構，又叫做稀土氧化物結構，它是由四個 In 原子和六個 O 原子組成的原胞，圖中紫色的球代表 In 原子，紅色的球代表 O 原子，六個 O 原子位于立方體的頂角，留下兩個氧空位，而氧空位是一種點缺陷。一個完整的氧化銦晶胞是由80 個原子組成的，它的結構特別復雜。通過光學實驗測量了氧化銦的直接躍遷禁帶寬度是在 3.55 eV-3.75 eV，在可見光區域的透過率在 85%左右，此外，In2O3具有較高的施主雜質濃度(>1019cm-3)和霍爾遷移率(>50 cm2·V-1·s-1)。氧化銦光電性能可以通過用高價陽離子或者低價陰離子替位的方法來提高。常見的摻雜元素有 Sn、Mo、F、Ti 等，其中 In2O3: Sn (ITO)的性能最好，已經成為應用最廣泛的透明導電薄膜。

　　四、本文研究的主要內容

　　研制出具有良好光電性能的柔性低成本的新型透明電極是一項巨大的挑戰。本論文針對這一難題展開了研究，分別用疊層透明導電薄膜制備了高功函數的陽極和低功函數的陰極，并分別以它們為電極成功制備了有機太陽能電池，具體的工作內容如下：

　　(1) 首次用 NiO 這一材料制備 DMD 疊層結構的透明導電薄膜，研究 Ag 兩側的NiO 厚度對 NiO/Ag/NiO (NAN)薄膜光電性能的影響，同時研究 NAN 薄膜的環境穩定性和溫濕度穩定性。此外，用 NAN 作為陽極，PEDOT:PSS 作為陽極界面緩沖層，制備正置結構有機太陽能電池。

　　(2) 在 PET 上制備高柔韌性、高穩定性的 PET/NAN 柔性電極，并進一步采用紫外臭氧(UVO)輻照方式，顯著提高 NAN 電極的功函數。除此之外，分別用 NAN 和 ITO 為陽極，制備柔性太陽能電池，研究以 NAN 和 ITO 為電極的柔性太陽能電池的穩定性。

　　(3) 用末端離子源輔助的電子束熱蒸發方法制備 SnOx/Ag/SnOx(SAS)疊層結構的透明導電薄膜，研究 Ag 兩側的 SnOx厚度對 SAS 薄膜光電性能的影響。除此之外，用 SAS 作為陰極，ZnO 作為陰極界面緩沖層，制備倒置結構的有機太陽能電池。

　　(4) 首次用超薄 Bi2O3修飾 SAS，制備高性能低功函數疊層透明導電薄膜SnOx/Ag/SnOx/Bi2O3(SASB)。最后，以 SASB 為陰極制備倒置結構的有機太陽能電池。

　　五、寫作提綱

　　摘要 4-6

　　Abstract 6-7

　　目錄 8-11

　　第1章 緒論 11-37

　　1.1 課題研究背景及意義 11-12

　　1.2 透明導電薄膜的分類及特性 12-20

　　1.2.1 單層透明導電薄膜 13-19

　　1.2.2 疊層透明導電薄膜 19-20

　　1.3 界面對疊層透明導電薄膜性能的影響 20-22

　　1.3.1 界面對疊層透明導電薄膜穩定性的影響 21-22

　　1.3.2 界面對疊層透明導電薄膜光電性能的影響 22

　　1.4 透明導電薄膜的應用 22-30

　　1.5 疊層透明導電薄膜的研究現狀 30-34

　　1.6 本論文的主要工作及創新點 34-37

　　第2章 新型高性能NiO/Ag/NiO疊層透明導電薄膜的制備及其在有機太陽能電池上的應用 37-65

　　2.1 引言 37-39

　　2.2 實驗方法 39-41

　　2.2.1 NAN疊層透明導電薄膜的制備與性能測試 39

　　2.2.2 以NAN和ITO為陽極的太陽能電池的制備方法與性能測試 39-41

　　2.3 結果與討論 41-51

　　2.3.1 NAN薄膜的光學性能 41-45

　　2.3.2 NAN薄膜的電學性能及其穩定性 45-48

　　2.3.3 NAN薄膜的表面形貌 48-49

　　2.3.4 NAN薄膜在有機太陽能電池中的應用 49-51

　　2.4 本章小結 51-52

　　2.5 引言 52-53

　　2.6 實驗方法 53-54

　　2.7 結果與討論 54-63

　　2.8 本章小結 63-65

　　第3章 疊層透明導電薄膜SnO_x/Ag/SnO_x的制備及其在有機太陽能電池中的應用 65-96

　　3.1 引言 65

　　3.2 實驗方法 65-67

　　3.2.1 SAS疊層透明導電薄膜的制備與性能測試 66

　　3.2.2 以SAS和ITO為陰極的太陽能電池的制備方法與性能測試 66-67

　　3.3 結果與討論 67-77

　　3.3.1 SAS薄膜的光學性能 67-70

　　3.3.2 SAS薄膜的電學性能 70-72

　　3.3.3 SAS薄膜的表面形貌 72-73

　　3.3.4 SAS薄膜在有機太陽能電池中的應用 73-77

　　3.4 本章小結 77-78

　　3.5 引言 78-79

　　3.6 實驗方法 79-80

　　3.6.1 Bi_2O_3界面層以及SASB電極的制備過程及測試方法 79-80

　　3.6.2 倒置太陽能電池的制備過程 80

　　3.7 結果與討論 80-92

　　3.7.1 Bi_O_3作為陰極界面層在有機太陽能電池中的應用 80-82

　　3.7.2 SASB 薄膜的光電性能 82-84

　　3.7.3 SASB的表面形貌 84-86

　　3.7.4 低功函SASB電極在有機太陽能電池中的應用 86-92

　　3.8 本章小結 92-93

　　3.9 總結 93-94

　　3.10 展望 94-96

　　參考文獻 96-111

　　在學期間學術成果情況 111-112

　　指導教師及作者簡介 112-113

　　六、目前已經閱讀的主要文獻

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　　博士畢業論文開題報告 篇2

　　一、關于文獻綜述的撰寫

　　在題目選定的情況下，文獻綜述就是整個論文構思與寫作的基礎，因為，只有全面、深刻地閱讀、理解了國內外同行的最新研究進展，才能明確自己工作的起點;做好文獻綜述就等于凝煉出了有價值的問題，找到了研究的突破口。撰寫文獻綜述的首要環節是對以往成果進行線條清晰的梳理和系統全面的評價。

　　在文獻綜述撰寫中，常見的錯誤有以下幾種:

　　一是只簡單羅列他人觀點，未對已有研究成果進行分類、歸納和提煉。

　　二是雖然對已有成果進行了歸納或梳理，但未做系統、深人的分析、評價。對已有成果進行分析、評價，找到矛盾和癥結所在，進而凝煉出有價值的科學問題是文獻綜述要解決的基本問題。

　　三是雖然對已有成果進行了分析、評價，但是對問題的提煉不夠精確。對他人成果進行評價并不是最終目的，只有在評說他人的基礎上挖掘出待研究的問題，才達到了文獻綜述的目的。

　　在對以往研究不足的分析和闡述中，有時會出現對前人工作中存在的問題或不足過分夸大的錯誤。有的博士生為了突出說明自身研究的重要性，對以往研究的缺欠或不足進行了人為的放大。實際上，這種不符合客觀實際的放大，不僅不能夠提升自身研究的價值，反而有可能造成小題大做甚至是重復研究的結果。

　　二、關于參考文獻的引用

　　一般的博士畢業論文開題報告在文獻綜述之后要列出主要參考文獻。有的博士生認為，參考文獻的編排只是全部研究的輔助環節，因此，沒有給予足夠的重視。這其中有許多技術環節需要引起博士生的注意。在參考文獻的編排中常見的錯誤主要有以下幾種。

　　一是為了顯示資料搜集的系統和全面，將盡可能多的`參考文獻編人其中，以多取勝。這種做法的直接后果是將一些貌似相關、實則無用的研究成果編人參考文獻之中，或將一些內容相同，甚至是重復研究的成果也誤當重要文獻列人。

　　二是為了證明對國外研究進展的全面把握，將自己從來沒有看過的外文資料也編人參考文獻，甚至將那些以自己不懂的語言出版的文獻也列人其中。

　　三是為了表征研究基礎的雄厚，將自己(或導師)與博士畢業論文研究相關性不大的成果也列人參考文獻。在網絡資源日益豐富的今天，通過網絡可以輕易地搜索到成千上萬篇文獻。然而，在這些文獻中，與自己的研究相關且真正具有參考價值的文獻少而又少。為此，

　　筆者建議，參考文獻的引用和編排要遵循“三不要”的工作原則：

　　1.沒有認真閱讀過的文獻不要引用;

　　2.非一流期刊上的論文不要引用或慎重引用;

　　3.雖然讀過，但對博士畢業論文研究工作沒有借鑒意義的名人之作不要勉強引用。

　　三、關于研究內容的安排

　　研究內容是整個開題報告的核心，它所以如此重要，是因為研究內容在整個博士畢業論文研究中發揮著承前啟后的作用。

　　首先，研究內容是對文獻綜述的進一步展開，它實際上是文獻綜述所提問題的求解程序。

　　其次，研究內容搭建起整個研究的基本框架，下一步研究就是按此框架循序漸進地開展。研究內容安排得合理，就會使整個研究少走彎路，順利達到預期結果。

　　第三，研究內容的確定又是設計技術路線和選擇研究方法的依據。

　　第四，研究內容確定之后，往往就預示著在哪些環節能取得突破，因此，它又是闡述預期創新點的邏輯前提。

　　筆者提出如下建議：

　　研究框架的搭建要切合實際;

　　玩弄新鮮名詞、濫造時髦概念的研究風格不值得提倡;

　　要注意研究內容安排與技術路線設計的相互照應。

　　四、關于創新點的提煉與表述

　　創新點是博士畢業論文的點晴之筆，是其核心價值所在。創新點提煉得精準、明確，既能凸顯論文的理論或應用價值，又能使閱讀者較快地把握論文的基本觀點和主要貢獻。實際上，有相當一部分博士畢業論文的評閱者首先閱讀的是作者對創新點的闡述。因此，提煉創新點不僅對于論文的寫作具有導向作用，對于論文順利通過評審、答辯也至關重要。

　　對于創新點的凝煉和陳述，筆者有如下建議：

　　(1)創新點是指你設了哪些他人未設之問、說了哪些他人未說之理、用了哪些他人未用之法、解了哪些他人未解之惑。

　　(2)對于創新點的闡述一般有以下幾種模式。

　　一是填補某領域(或方向)研究空白。

　　二是某學科領域基本理論的完善、發展，乃至突破。這種理論貢獻對于學科的發展具有基礎性意義。

　　三是某對象(問題)研究方法的創新。

　　四是某問題解決方案(具體對策)的設計。

　　(3)對創新點的闡述切忌任意拔高。有些博士生為了強調自己工作的重要性，對創新點進行了不符合實際的拔高和提升，這種做法不符合實事求是的科學精神。

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