Sn02宽禁带半导体薄膜材料因具有良好的化学稳定性和优越的光电性能,广泛应用于气敏传感器、染料敏化太阳能电池、透明电极、催化材料等。本征SnO2薄膜导电性较差,单独用于光学、电学及气敏性等研究领域时不足以达到使用要求,而通过掺入适量的元素后,可优化和调节SnO2的光学和电学性能,因此对该类薄膜的制备和研究将是一个非常有潜力的课题。由于稀土元素具有独特的4f电子结构,使其具有良好的发光性能。同时,稀土原子易极化发生形变,以填隙或置换的方式进入SnO2晶格内部后形成缺陷,由于不同的电子层结构使稀土离子掺杂SnO2薄膜后将产生不同的光电性能。因此,本文对稀土元素掺杂SnO2薄膜光电性能的影响进行了研究。而目前对该掺杂的理论层次研究还比较匮乏,基于密度泛函理论的计算可为稀土掺杂SnO2的电子结构及性能研究提供有价值的信息,并可对掺杂后体系的性能进行预测。本研究中SnO2薄膜采用溶胶凝胶法制备。首先,研究退火温度对薄膜光电性能的影响；其次,采用了不同的稀土元素(La、Eu、Ce)进行掺杂,并调节了掺杂浓度,研究其对SnO2薄膜的光电性能的影响；在此基础上,采用Ce-Cu共掺杂,对其影响光电性能的机理进行分析。得到如下结论：(1)通过对不同退火温度下SnO2薄膜的性能研究发现,随退火温度升高,原子具有足够的能量在薄膜表面上成核并移动到低能量位置,使薄膜中缺陷减少,提高结晶质量,样品表面逐渐平整,裂纹减少,导致薄膜表面对光子吸收作用减弱,反射损失减小,样品透光率增加。同时,晶粒尺寸逐渐增大,使得晶界散射迁移率变大,晶界势垒减小,薄膜导电性变好。但温度过高时,薄膜内缺陷增加,光电性能变差,发现在500℃时,薄膜性能达到最佳。(2)对不同La掺杂浓度的研究发现,样品物相未发生改变,随掺杂含量增加,晶粒尺寸、裂纹宽度及数量减小,光学带隙减小,样品最大透光率为83%。La属于f-f跃迁,掺杂并未引入新的发光峰。同时,La由于4f电子轨道是全空的稳定电子层结构,使Sn02结构中离子排列的混乱度增加,提高空位浓度,改善离子导电能力。通过第一性原理计算发现,La掺杂在价带顶引入受主能级并与价带相连形成新的简并能带,Ef上移进入导带,导致带隙减小,介电函数虚部和吸收谱均向底能方向移动。(3)随Eu掺杂Sn02浓度的增加,发现由于Eu3+的离子半径大于Sn4+,使晶面间距拉大,晶体生长的非均一性抑制了晶核生长,同时,增加晶粒表面扩散势垒,为体系提供了光生载流子的俘获陷阱,促进光生电子-空穴对的分离,使样品透光率增大。通过第一性原理计算发现,Eu在Fermi能级处的态密度相对较低,电子跃迁几率减小,光吸收减弱,使得薄膜具有较高的透过率。由于Sn4+处于Sn02晶格中对称格位,Eu3+价态与Sn4+不同,根据电荷平衡,发现Eu3+取代Sn4+后其周围形成氧空位,Eu3+偏离对称格位处于非对称中心场,使得5D0→7F2大于5D0→7F1的跃迁强度。(4)Ce掺杂后,发现0.5%Ce受压应力,其余受张应力。同时,其透光率和导电性能均比La和Eu掺杂的样品有所提高。由于Ce3+半径大于Sn4+,替位形成CeSn3+,替位缺陷邻近的氧原子容易脱离氧格点从而出现氧空位,增加了样品中载流子浓度,使得Ce掺杂SnO2导电性提高。由PL谱分析发现,在403nm处出现紫色发光峰是SnO2本征发光峰,482 nm处产生的蓝色发光峰是由于Ce3+的5d和4f态的跃迁而产生的。同时发现决定发光峰强度的主要原因是由Ce离子的转移能量率与能量发射率,此外,Ce3+替位Sn4+过程中会有部分Ce生成氧化物杂质,也会影响发光强度。(5) Cu、Ce都以替位形式掺入,形成Cusn2+、Cesn3+受主型缺陷,Cu2+替代Sn4+产生空穴,补偿本征施主缺陷,增大薄膜电阻率,随Ce引入后,使其掺杂浓度的增加,电阻率先减小后增大,在3%CeCu时最小。同时,可见光透射率降低,光学带隙减小,且发现PL谱的发光峰强度与Ce单掺杂比降低。通过第一性原理计算表明Cu杂质在价带顶上方引入受主能级,Ce-Cu共掺杂后,缺陷带和杂质带之间的交叠,使导带整体向低能方向移动,使带隙进一步减小,受主电离能降低。稀土掺杂后,未改变Sn02晶相结构,晶粒尺寸随掺杂浓度增加而减小。La掺杂后,导电性提高,PL无新峰产生；Eu掺杂后,透光率提高,发光峰发生蓝移；Ce掺杂后,透光率与导电性均有所提高,Ce-Cu共掺杂后,其光电性能和单掺杂比,均有所下降。