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博士畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告 篇1
論文題目：疊層透明導(dǎo)電薄膜的制備及其性能研究
一、選題背景
透明導(dǎo)電薄膜由于具有高透過(guò)率和高導(dǎo)電性而被廣泛應(yīng)用于當(dāng)代科學(xué)與技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域，并成為物理電子學(xué)、材料學(xué)、半導(dǎo)體光電子學(xué)等各種新興交叉學(xué)科的材料基礎(chǔ)。但是，在沒(méi)有發(fā)現(xiàn)透明導(dǎo)電氧化物之前，人們認(rèn)為在自然界中所有導(dǎo)電的物質(zhì)都是不透明的。直到 1907 年，Badeker打破了人們對(duì)導(dǎo)電物質(zhì)的透明性的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，他發(fā)現(xiàn) CdO 這個(gè)材料不僅導(dǎo)電同時(shí)還是半透明的。而最初這種透明導(dǎo)電氧化物只是用在飛機(jī)的擋風(fēng)玻璃上。之后，薄膜科學(xué)與技術(shù)飛速發(fā)展，在二十世紀(jì)五十年代，人們先后制備出了SnO2基透明導(dǎo)電薄膜和In2O3基透明導(dǎo)電薄膜。為了降低薄膜的成本，在 20 世紀(jì) 80 年代，人們開(kāi)始關(guān)注 ZnO基透明導(dǎo)電薄膜。目前，摻雜型的透明導(dǎo)電薄膜的主體材料主要有 In2O3、ZnO、SnO2、Ga2O3、CdO。其中，應(yīng)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(dǎo)電薄膜的制備方法可以分為化學(xué)鍍膜法和物理鍍膜法�；瘜W(xué)鍍膜法主要有等溶膠-凝膠，噴涂熱分解，以及各種化學(xué)氣相沉積;物理鍍膜法主要有各種濺射鍍膜技術(shù)，各種真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)，其中包括離子源輔助的電子束熱蒸發(fā)鍍膜技術(shù)。
不同的制備方法各有利弊，比如說(shuō)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(rèn)的最佳制備透明導(dǎo)電薄膜的磁控濺射法，雖然其工藝已經(jīng)非常成熟，并且可以生產(chǎn)商業(yè)化的 ITO，但是也存在著成本高，效率低等缺點(diǎn)。目前，除了建筑和節(jié)能窗戶外，透明導(dǎo)電薄膜主要應(yīng)用在顯示和太陽(yáng)能電池方面。作為有機(jī)光電器件中的電極材料，透明導(dǎo)電薄膜在市場(chǎng)上也有著巨大的需求量。迄今為止，應(yīng)用最廣泛的是 ITO 透明導(dǎo)電薄膜，同時(shí)它也是最早應(yīng)用在有機(jī)光電器件當(dāng)中的透明導(dǎo)電薄膜。但 ITO 中的銦是一種稀有元素，隨著對(duì)薄膜需求量的增加，銦價(jià)格上漲的同時(shí)還面臨著耗盡的威脅。而且隨著科技的快速發(fā)展，ITO 透明導(dǎo)電薄膜作為透明電極已經(jīng)不能滿足日新月異的光電器件的發(fā)展需求，比如人們希望透明導(dǎo)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(shí)，它的功函數(shù)是可控的等等。這些要求 ITO 已經(jīng)不能夠滿足，因此，研發(fā)新型高性能實(shí)用化的透明導(dǎo)電薄膜有著重要的意義和價(jià)值。近年來(lái)報(bào)道了一些可作為 ITO 替代品的電極，例如碳納米管、石墨烯、導(dǎo)電聚合物、金屬薄膜、金屬納米線，以及金屬網(wǎng)格等等。這些電極都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在光電性質(zhì)及其穩(wěn)定性、生產(chǎn)工藝等方面仍面臨不少問(wèn)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(jìn)入實(shí)用化階段。而現(xiàn)階段研制出新型具有良好光電性能的透明導(dǎo)電薄膜仍是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。
二、研究目的和意義
介質(zhì)/金屬/介質(zhì)(Dielectric/Metal/Dielectric, DMD)疊層透明導(dǎo)電薄膜是新型無(wú)銦透明導(dǎo)電薄膜之一，這種導(dǎo)電薄膜可以通過(guò)調(diào)節(jié)金屬兩側(cè)介質(zhì)的厚度來(lái)調(diào)節(jié)薄膜的透過(guò)率，使其在獲得高電導(dǎo)率的同時(shí)在可見(jiàn)光區(qū)域具有高透過(guò)率。而且，這種薄膜的制備工藝簡(jiǎn)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(yōu)點(diǎn)，但也存在一些需要解決的問(wèn)題，比如它的導(dǎo)電機(jī)理尚不明確，作為電極和相鄰的有機(jī)層之間還存在一定的界面問(wèn)題等。這些方面都需要相關(guān)研究者做進(jìn)一步的研究工作。
三、本文研究涉及的主要理論
隨著透明導(dǎo)電薄膜的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的新型的透明導(dǎo)電薄膜出現(xiàn)在人們面前，按照薄膜的組成成分和組成結(jié)構(gòu)，我們將透明導(dǎo)電薄膜大致可分為以下幾類：透明導(dǎo)電金屬薄膜、透明導(dǎo)電氧化物薄膜、疊層透明導(dǎo)電薄膜、聚合物導(dǎo)電薄膜、導(dǎo)電性粒子分散介電體、透明導(dǎo)電化合物薄膜、新型納米結(jié)構(gòu)導(dǎo)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(dǎo)電性。但同時(shí)也因?yàn)檩d流子濃度高，金屬薄膜是紅外光和可見(jiàn)光的反射體，等離子體頻率分布在近紫外光區(qū)，所以它在可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)透過(guò)率不是很好。如果想提高可見(jiàn)光區(qū)域的透過(guò)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(shí)光電性能最好，但薄膜是島狀結(jié)構(gòu)，為了提高薄膜的成膜性，人們?cè)诨咨襄円粚友趸�，比�?SiO2、Al2O3等，但這樣受到雜質(zhì)和表面效應(yīng)的影響薄膜的電阻率變大了。因此很難制備出連續(xù)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(huán)境的影響，且強(qiáng)度低�？傊�，金屬薄膜的缺點(diǎn)很多，但最突出的優(yōu)點(diǎn)就是電阻率小。表 1.2 為常見(jiàn)的金屬膜的材料性能。
氧化銦是一種白色或淡黃色的物質(zhì)，它的晶體結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示，是立方錳鐵礦結(jié)構(gòu)，又叫做稀土氧化物結(jié)構(gòu)，它是由四個(gè) In 原子和六個(gè) 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(gè) O 原子位于立方體的頂角，留下兩個(gè)氧空位，而氧空位是一種點(diǎn)缺陷。一個(gè)完整的氧化銦晶胞是由80 個(gè)原子組成的，它的結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜。通過(guò)光學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)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(jiàn)光區(qū)域的透過(guò)率在 85%左右，此外，In2O3具有較高的施主雜質(zhì)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(guò)用高價(jià)陽(yáng)離子或者低價(jià)陰離子替位的方法來(lái)提高。常見(jiàn)的摻雜元素有 Sn、Mo、F、Ti 等，其中 In2O3: Sn (ITO)的性能最好，已經(jīng)成為應(yīng)用最廣泛的透明導(dǎo)電薄膜。
四、本文研究的主要內(nèi)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(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。本論文針對(duì)這一難題展開(kāi)了研究，分別用疊層透明導(dǎo)電薄膜制備了高功函數(shù)的陽(yáng)極和低功函數(shù)的陰極，并分別以它們?yōu)殡姌O成功制備了有機(jī)太陽(yáng)能電池，具體的工作內(nèi)容如下：
(1) 首次用 NiO 這一材料制備 DMD 疊層結(jié)構(gòu)的透明導(dǎo)電薄膜，研究 Ag 兩側(cè)的NiO 厚度對(duì) NiO/Ag/NiO (NAN)薄膜光電性能的影響，同時(shí)研究 NAN 薄膜的環(huán)境穩(wěn)定性和溫濕度穩(wěn)定性。此外，用 NAN 作為陽(yáng)極，PEDOT:PSS 作為陽(yáng)極界面緩沖層，制備正置結(jié)構(gòu)有機(jī)太陽(yáng)能電池。
(2) 在 PET 上制備高柔韌性、高穩(wěn)定性的 PET/NAN 柔性電極，并進(jìn)一步采用紫外臭氧(UVO)輻照方式，顯著提高 NAN 電極的功函數(shù)。除此之外，分別用 NAN 和 ITO 為陽(yáng)極，制備柔性太陽(yáng)能電池，研究以 NAN 和 ITO 為電極的柔性太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性。
(3) 用末端離子源輔助的電子束熱蒸發(fā)方法制備 SnOx/Ag/SnOx(SAS)疊層結(jié)構(gòu)的透明導(dǎo)電薄膜，研究 Ag 兩側(cè)的 SnOx厚度對(duì) 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(jié)構(gòu)的有機(jī)太陽(yáng)能電池。
(4) 首次用超薄 Bi2O3修飾 SAS，制備高性能低功函數(shù)疊層透明導(dǎo)電薄膜SnOx/Ag/SnOx/Bi2O3(SASB)。最后，以 SASB 為陰極制備倒置結(jié)構(gòu)的有機(jī)太陽(yáng)能電池。
五、寫(xiě)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(dǎo)電薄膜的分類及特性 12-20
1.2.1 單層透明導(dǎo)電薄膜 13-19
1.2.2 疊層透明導(dǎo)電薄膜 19-20
1.3 界面對(duì)疊層透明導(dǎo)電薄膜性能的影響 20-22
1.3.1 界面對(duì)疊層透明導(dǎo)電薄膜穩(wěn)定性的影響 21-22
1.3.2 界面對(duì)疊層透明導(dǎo)電薄膜光電性能的影響 22
1.4 透明導(dǎo)電薄膜的應(yīng)用 22-30
1.5 疊層透明導(dǎo)電薄膜的研究現(xiàn)狀 30-34
1.6 本論文的主要工作及創(chuàng)新點(diǎn) 34-37
第2章 新型高性能NiO/Ag/NiO疊層透明導(dǎo)電薄膜的制備及其在有機(jī)太陽(yáng)能電池上的應(yīng)用 37-65
2.1 引言 37-39
2.2 實(shí)驗(yàn)方法 39-41
2.2.1 NAN疊層透明導(dǎo)電薄膜的制備與性能測(cè)試 39
2.2.2 以NAN和ITO為陽(yáng)極的太陽(yáng)能電池的制備方法與性能測(cè)試 39-41
2.3 結(jié)果與討論 41-51
2.3.1 NAN薄膜的光學(xué)性能 41-45
2.3.2 NAN薄膜的電學(xué)性能及其穩(wěn)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(jī)太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用 49-51
2.4 本章小結(jié) 51-52
2.5 引言 52-53
2.6 實(shí)驗(yàn)方法 53-54
2.7 結(jié)果與討論 54-63
2.8 本章小結(jié) 63-65
第3章 疊層透明導(dǎo)電薄膜SnO_x/Ag/SnO_x的制備及其在有機(jī)太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用 65-96
3.1 引言 65
3.2 實(shí)驗(yàn)方法 65-67
3.2.1 SAS疊層透明導(dǎo)電薄膜的制備與性能測(cè)試 66
3.2.2 以SAS和ITO為陰極的太陽(yáng)能電池的制備方法與性能測(cè)試 66-67
3.3 結(jié)果與討論 67-77
3.3.1 SAS薄膜的光學(xué)性能 67-70
3.3.2 SAS薄膜的電學(xué)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(jī)太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用 73-77
3.4 本章小結(jié) 77-78
3.5 引言 78-79
3.6 實(shí)驗(yàn)方法 79-80
3.6.1 Bi_2O_3界面層以及SASB電極的制備過(guò)程及測(cè)試方法 79-80
3.6.2 倒置太陽(yáng)能電池的制備過(guò)程 80
3.7 結(jié)果與討論 80-92
3.7.1 Bi_O_3作為陰極界面層在有機(jī)太陽(yáng)能電池中的應(yīng)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(jī)太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用 86-92
3.8 本章小結(jié) 92-93
3.9 總結(jié) 93-94
3.10 展望 94-96
參考文獻(xiàn) 96-111
在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況 111-112
指導(dǎo)教師及作者簡(jiǎn)介 112-113
六、目前已經(jīng)閱讀的主要文獻(xiàn)
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博士畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告 篇2
一、關(guān)于文獻(xiàn)綜述的撰寫(xiě)
在題目選定的情況下，文獻(xiàn)綜述就是整個(gè)論文構(gòu)思與寫(xiě)作的基礎(chǔ)，因?yàn)�，只有全面、深刻地閱讀、理解了國(guó)內(nèi)外同行的最新研究進(jìn)展，才能明確自己工作的起點(diǎn);做好文獻(xiàn)綜述就等于凝煉出了有價(jià)值的問(wèn)題，找到了研究的突破口。撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述的首要環(huán)節(jié)是對(duì)以往成果進(jìn)行線條清晰的梳理和系統(tǒng)全面的評(píng)價(jià)。
在文獻(xiàn)綜述撰寫(xiě)中，常見(jiàn)的錯(cuò)誤有以下幾種:
一是只簡(jiǎn)單羅列他人觀點(diǎn)，未對(duì)已有研究成果進(jìn)行分類、歸納和提煉。
二是雖然對(duì)已有成果進(jìn)行了歸納或梳理，但未做系統(tǒng)、深人的分析、評(píng)價(jià)。對(duì)已有成果進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)，找到矛盾和癥結(jié)所在，進(jìn)而凝煉出有價(jià)值的科學(xué)問(wèn)題是文獻(xiàn)綜述要解決的基本問(wèn)題。
三是雖然對(duì)已有成果進(jìn)行了分析、評(píng)價(jià)，但是對(duì)問(wèn)題的提煉不夠精確。對(duì)他人成果進(jìn)行評(píng)價(jià)并不是最終目的，只有在評(píng)說(shuō)他人的基礎(chǔ)上挖掘出待研究的問(wèn)題，才達(dá)到了文獻(xiàn)綜述的目的。
在對(duì)以往研究不足的分析和闡述中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)對(duì)前人工作中存在的問(wèn)題或不足過(guò)分夸大的錯(cuò)誤。有的博士生為了突出說(shuō)明自身研究的重要性，對(duì)以往研究的缺欠或不足進(jìn)行了人為的放大。實(shí)際上，這種不符合客觀實(shí)際的放大，不僅不能夠提升自身研究的價(jià)值，反而有可能造成小題大做甚至是重復(fù)研究的結(jié)果。
二、關(guān)于參考文獻(xiàn)的引用
一般的博士畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告在文獻(xiàn)綜述之后要列出主要參考文獻(xiàn)。有的博士生認(rèn)為，參考文獻(xiàn)的編排只是全部研究的輔助環(huán)節(jié)，因此，沒(méi)有給予足夠的重視。這其中有許多技術(shù)環(huán)節(jié)需要引起博士生的注意。在參考文獻(xiàn)的.編排中常見(jiàn)的錯(cuò)誤主要有以下幾種。
一是為了顯示資料搜集的系統(tǒng)和全面，將盡可能多的參考文獻(xiàn)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(guān)、實(shí)則無(wú)用的研究成果編人參考文獻(xiàn)之中，或?qū)⒁恍﹥?nèi)容相同，甚至是重復(fù)研究的成果也誤當(dāng)重要文獻(xiàn)列人。
二是為了證明對(duì)國(guó)外研究進(jìn)展的全面把握，將自己從來(lái)沒(méi)有看過(guò)的外文資料也編人參考文獻(xiàn)，甚至將那些以自己不懂的語(yǔ)言出版的文獻(xiàn)也列人其中。
三是為了表征研究基礎(chǔ)的雄厚，將自己(或?qū)?與博士畢業(yè)論文研究相關(guān)性不大的成果也列人參考文獻(xiàn)。在網(wǎng)絡(luò)資源日益豐富的今天，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可以輕易地搜索到成千上萬(wàn)篇文獻(xiàn)。然而，在這些文獻(xiàn)中，與自己的研究相關(guān)且真正具有參考價(jià)值的文獻(xiàn)少而又少。為此，
筆者建議，參考文獻(xiàn)的引用和編排要遵循“三不要”的工作原則：
1.沒(méi)有認(rèn)真閱讀過(guò)的文獻(xiàn)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(guò)，但對(duì)博士畢業(yè)論文研究工作沒(méi)有借鑒意義的名人之作不要勉強(qiáng)引用。
三、關(guān)于研究?jī)?nèi)容的安排
研究?jī)?nèi)容是整個(gè)開(kāi)題報(bào)告的核心，它所以如此重要，是因?yàn)檠芯績(jī)?nèi)容在整個(gè)博士畢業(yè)論文研究中發(fā)揮著承前啟后的作用。
首先，研究?jī)?nèi)容是對(duì)文獻(xiàn)綜述的進(jìn)一步展開(kāi)，它實(shí)際上是文獻(xiàn)綜述所提問(wèn)題的求解程序。
其次，研究?jī)?nèi)容搭建起整個(gè)研究的基本框架，下一步研究就是按此框架循序漸進(jìn)地開(kāi)展。研究?jī)?nèi)容安排得合理，就會(huì)使整個(gè)研究少走彎路，順利達(dá)到預(yù)期結(jié)果。
第三，研究?jī)?nèi)容的確定又是設(shè)計(jì)技術(shù)路線和選擇研究方法的依據(jù)。
第四，研究?jī)?nèi)容確定之后，往往就預(yù)示著在哪些環(huán)節(jié)能取得突破，因此，它又是闡述預(yù)期創(chuàng)新點(diǎn)的邏輯前提。
筆者提出如下建議：
研究框架的搭建要切合實(shí)際;
玩弄新鮮名詞、濫造時(shí)髦概念的研究風(fēng)格不值得提倡;
要注意研究?jī)?nèi)容安排與技術(shù)路線設(shè)計(jì)的相互照應(yīng)。
四、關(guān)于創(chuàng)新點(diǎn)的提煉與表述
創(chuàng)新點(diǎn)是博士畢業(yè)論文的點(diǎn)晴之筆，是其核心價(jià)值所在。創(chuàng)新點(diǎn)提煉得精準(zhǔn)、明確，既能凸顯論文的理論或應(yīng)用價(jià)值，又能使閱讀者較快地把握論文的基本觀點(diǎn)和主要貢獻(xiàn)。實(shí)際上，有相當(dāng)一部分博士畢業(yè)論文的評(píng)閱者首先閱讀的是作者對(duì)創(chuàng)新點(diǎn)的闡述。因此，提煉創(chuàng)新點(diǎn)不僅對(duì)于論文的寫(xiě)作具有導(dǎo)向作用，對(duì)于論文順利通過(guò)評(píng)審、答辯也至關(guān)重要。
對(duì)于創(chuàng)新點(diǎn)的凝煉和陳述，筆者有如下建議：
(1)創(chuàng)新點(diǎn)是指你設(shè)了哪些他人未設(shè)之問(wèn)、說(shuō)了哪些他人未說(shuō)之理、用了哪些他人未用之法、解了哪些他人未解之惑。
(2)對(duì)于創(chuàng)新點(diǎn)的闡述一般有以下幾種模式。
一是填補(bǔ)某領(lǐng)域(或方向)研究空白。
二是某學(xué)科領(lǐng)域基本理論的完善、發(fā)展，乃至突破。這種理論貢獻(xiàn)對(duì)于學(xué)科的發(fā)展具有基礎(chǔ)性意義。
三是某對(duì)象(問(wèn)題)研究方法的創(chuàng)新。
四是某問(wèn)題解決方案(具體對(duì)策)的設(shè)計(jì)。
(3)對(duì)創(chuàng)新點(diǎn)的闡述切忌任意拔高。有些博士生為了強(qiáng)調(diào)自己工作的重要性，對(duì)創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行了不符合實(shí)際的拔高和提升，這種做法不符合實(shí)事求是的科學(xué)精神。
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