ZnO、ZnO：In一维纳米结构材料的制备及其光伏器件

【摘要】：ZnO一维纳米材料因其优异的光电性质成为当前ZnO材料研究中的热点之一。本论文利用水相合成和sol-gel方法制备出高质量ZnO、ZnO:In纳米棒及其阵列结构，并对ZnO和ZnO:In纳米棒的结构和光电性质进行了研究。对ZnO基异质结型光伏器件做了初步的探索，具体研究内容如下： (1)利用水相合成方法，无催化低温生长ZnO和铟掺杂ZnO一维纳米结构。通过多种表征手段研究样品的结构和光学性质。ZnO和ZnO:In样品具有六角纤锌矿结构，In的掺入使ZnO晶格常数增大，晶格对称性降低。ZnO纳米棒具有强紫外发射带，而深能级缺陷发光较弱。适量的铟掺杂引起ZnO晶体光学吸收带隙展宽，紫外发光蓝移而且强度显著降低。这种现象更有利于其光电流的产生。在变温PL光谱中，ZnO和ZnO:In晶体的紫外发射积分强度出现反常的负热淬灭现象，研究了这种非单调的温度依赖现象产生机理。 (2)制备了ZnO:In纳米棒／SiO_2／n-Si异质结构光伏器件，对其光电转换性能和光伏响应能力进行了研究。In掺杂ZnO样品具有强而宽的紫外表面光电压响应带，根据吸收光谱确定了其谱带来源。ZnO:In纳米棒／SiO_2／n-Si异质结构具有来自于异质结的良好整流特性，低的开关电压和高反向截止电压。光伏器件在紫外及可见区光谱范围内有强光电流响应，由光伏响应谱得到了开路电压和短路电流。通过改变前驱体反应浓度和掺杂比例等方法，优化实验条件，提高了器件的特性参数。 (3)用水相合成方法自组装制备有序排列的ZnO:In纳米棒阵列结构材料，研究了In掺杂对ZnO纳米棒阵列电子结构和光学性质的影响。自组装ZnO纳米棒阵列结构材料，研究了它的结构和光学性质，以及模板对ZnO纳米棒生长、形貌的影响。扫描电子显微镜观察到高度取向的纳米棒阵列结构，选区电子衍射照 【关键词】：ZnO ZnO:In纳米棒 ZnO:In异质结光伏器件 阵列结构
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：O484
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 1 引言10-29
• 1.1 ZnO材料的基本性质10-12
• 1.2 当前ZnO低维纳米结构材料研究进展12-23
• 1.3 本论文选题和目的23-24
• 参考文献24-29
• 2 实验方法及样品表征手段29-46
• 2.1 样品制备29-31
• 2.1.1 水相合成方法29-30
• 2.1.2 溶胶凝胶法(sol-gel)30-31
• 2.2 相关表征手段31-43
• 2.2.1 X射线衍射(XRD)31-33
• 2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)33-35
• 2.2.3 透射电子显微镜(TEM)35
• 2.2.4 X射线光电子能谱(XPS)35-37
• 2.2.5 拉曼光谱(Raman spectrum)37-38
• 2.2.6 光致发光谱(PL)38-40
• 2.2.7 吸收光谱40-42
• 2.2.8 表面光电压谱(Surface Photovoltage Spectrum)42-43
• 2.3 小结43
• 参考文献43-46
• 3 ZnO和ZnO:In纳米棒的结构与光学性质研究46-62
• 3.1 前言46-47
• 3.2 ZnO和ZnO:In纳米棒制备过程47-48
• 3.3 ZnO和ZnO:In纳米棒的结构特性48-51
• 3.4 ZnO和ZnO:In纳米棒的光电特性51-58
• 3.5 小结58-59
• 参考文献59-62
• 4 ZnO:In/SiO_2/Si异质结构光伏器件62-79
• 4.1 前言62
• 4.2 异质结构光伏器件的制备62-63
• 4.3 异质结构光伏器件的形貌和结构63-65
• 4.4 异质结构光伏器件的光电转换性质研究65-71
• 4.5 异质结构光伏器件的性能改进71-76
• 4.6 小结76
• 参考文献76-79
• 5 水相自组装ZnO:In、ZnO一维纳米结构阵列材料79-97
• 5.1 前言79
• 5.2 水相自组装ZnO:In纳米棒阵列材料79-89
• 5.2.1 ZnO:In纳米棒阵列材料的制备82-83
• 5.2.2 ZnO:In纳米棒阵列材料的结构形貌与光学性质83-89
• 5.3 水相自组装ZnO纳米棒阵列材料89-94
• 5.3.1 ZnO纳米棒阵列材料的制备89-90
• 5.3.2 ZnO纳米棒阵列材料的结构和光学性质90-94
• 5.4 小结94-95
• 参考文献95-97
• 6 结论97-99
• 作者简介99
• 攻读博士学位期间承担的主要工作及成果99-101
• 致谢101-102

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