退火温度对钒掺杂氧化锌薄膜结构与光学性能的影响及其光电应用探索

本综述系统探讨了不同退火温度对钒掺杂氧化锌（V-doped ZnO）薄膜结构、光学及电学性能的调控作用。通过溶胶-凝胶 dip-coating 法制备样品，结合 XRD、UV-Vis、FTIR、PL 和 I-V 测试，发现 400°C 退火的 3% 钒掺杂样品（ZV3）呈现最小光学带隙（3.00 eV）、最低 Urbach 能量（0.35–1.11 eV）和最优阈值电压（0.25 V），表明其缺陷态减少、结晶度提升和电荷传输增强，为光电装置（如 LED、传感器和光伏器件）提供了高性能材料候选。

　　

Highlight

这项研究揭示了退火温度对纯氧化锌和钒掺杂氧化锌（V-doped ZnO）薄膜结构、光学和电学特性的深远影响。通过溶胶-凝胶 dip-coating 技术制备的三种样品——未掺杂 ZnO（ZV0）、1% 钒掺杂（ZV1）和 3% 钒掺杂（ZV3）——在高达 600°C 的温度下进行退火处理，并利用 X 射线衍射（XRD）、紫外-可见光谱（UV-Vis）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、光致发光（PL）和电流-电压（I-V）测量进行全面表征。晶粒尺寸保持在 42–46 纳米范围内，而光学带隙随退火温度升高而减小，ZV3 样品在 400°C 时达到最低值 3.00 eV。Urbach 能量范围在 0.35 至 1.11 eV 之间，反映出缺陷态的动态变化。电学分析显示阈值电压显著降低，ZV3 在 400°C 退火下取得最低值 0.25 V。这些结果突显了退火处理对结晶性、缺陷密度和电荷传输的强效调控，ZV3 在 400°C 下表现出最优异的光电性能，极具应用潜力。

Conclusions

研究表明，退火温度显著影响钒掺杂氧化锌薄膜（ZV0、ZV1 和 ZV3）的结构、光学和电学特性。XRD 分析确认所有样品均从非晶相转变为晶相，且 ZV3 在较低退火温度（400°C）下即展现出增强的结晶度，表明较高钒含量促进了早期相变。SEM 显微图像和分形表面分析进一步支持了这一结论。