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超高迁移率p型CdS纳米线:表面电荷转移掺杂及其光伏器件

来源:论文学术网
时间:2024-08-19 04:13:25
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超高迁移率p型CdS纳米线:表面电荷转移掺杂及其光伏器件【摘要】:低维半导体纳米结构具有优异的电学、光学特性,吸引了广泛的研究兴趣。CdS作为一种重要的II-VI族直接带隙半导体,

【摘要】:低维半导体纳米结构具有优异的电学、光学特性,吸引了广泛的研究兴趣。CdS作为一种重要的II-VI族直接带隙半导体,室温下的禁带宽度为2.42eV,在光电子器件方面有着广阔的应用前景。而掺杂是半导体材料应用于器件的关键前提,因此CdS的n型掺杂已经被诸多学者研究并得以实现。但是,由于受到自补偿效应的影响,CdS的p型掺杂问题至今得不到解决,所以关于CdS的p型掺杂的研究亟待展开。 本文根据表面电荷转移掺杂的方法,系统地研究了CdS纳米线p型掺杂的问题。此外,结合微纳加工工艺,我们构建了基于p型CdS纳米线的同质结、异质结光伏器件,并对其电学、光学等方面的性能进行了详细的研究。具体研究成果如下: 1、采用表面电荷转移掺杂的方式,在CdS纳米线表面包裹MoO_3薄层,国际上首次制备了高质量的p型CdS纳米线。通过对纳米线底栅场效应晶体管器件的电学测试得到,包裹MoO_3薄层后,CdS纳米线从原来的弱n型电导转变成p型电导,电阻从3.3×1011降至4.7×103,降幅达到了7个数量级以上,而空穴迁移率更是令人惊奇地高达2035cm~2V~(-1)s~(-1)。多样品、长时间、低温下等各方面的测试表明,所制备的p型CdS纳米线重复性好,稳定性强。 2、采用微纳加工工艺,合理地构建了单根CdS纳米线同质结光伏器件。经过类似前面的测试发现,通过表面电荷转移掺杂,n型CdS:Ga纳米线也能转变成为p型CdS纳米线。在此基础上,我们制备了单根CdS纳米线同质结器件。电学测试表明,所制备的单根CdS纳米线同质结器件表现出了良好的整流特性,从-2V到2V,整流比高达1.6×10~2,开启电压为1.0V,而在低正向偏压下的理想因子为2.8。同时,所制备同质结器件展示出了良好的光伏性能。在约1.5mW cm~(-2)的白光照射下,所制备的纳米同质结光伏器件的开路电压(VOC)和短路电流密度(JSC)分别为0.10V和of0.72mA cm~2,而填充因子为35.23%,由此而最终算得光电转换效率为1.65%。 3、开发了p型CdS纳米线的异质结器件应用。在前面实验的基础上,我们制备了p型CdS纳米线/n型Si异质结器件。经过电学测试和分析表明,所制备的异质结器件的整流特性良好,从-1.5V到1.5V,整流比高达2.3×10~2,正向开启电压为0.7V。在低正向偏压下,可推算得理想因子为2.4。有意义的是,p型CdS纳米线/n型Si异质结器件也展示了良好的光伏性能:在1.5mW·cm~(-2)白光照射下,开路电压(VOC)和短路电流密度(JSC)分别达到了0.15V和of0.52mA·cm~(-2),而经过推算得填充因子(FF)为19.2%,光电转换效率(η)为0.99%。 【关键词】:CdS纳米线 MoO_3 表面电荷转移掺杂 p型掺杂 同质结 异质结
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TB383.1;TN304.2
【目录】:
  • 摘要5-7
  • Abstract7-9
  • 致谢9-10
  • 目录10-12
  • 插图清单12-14
  • 表格清单14-15
  • 第一章 绪言15-27
  • 1.1 纳米科技的概述15-16
  • 1.1.1 纳米科技的产生与发展15-16
  • 1.1.2 纳米科技的研究领域16
  • 1.2 半导体一维纳米材料的研究16-21
  • 1.2.2 半导体纳米材料的掺杂17-19
  • 1.2.3 半导体一维纳米材料的合成19-21
  • 1.3 纳米器件的研究21-25
  • 1.3.1 场效应晶体管器件21-22
  • 1.3.2 光电器件22-24
  • 1.3.3 传感器件24-25
  • 1.3.4 其他功能器件25
  • 1.4 课题研究背景与目的25-27
  • 第二章 实验药品、工艺及表征27-38
  • 2.1 实验所需药品27-28
  • 2.2 实验工艺28-32
  • 2.2.1 一维纳米材料的合成工艺28
  • 2.2.2 纳米器件制备工艺28-32
  • 2.3 表征32-38
  • 2.3.1 材料表征32-36
  • 2.3.2 器件表征36-38
  • 第三章 超高迁移率 p 型 CdS 纳米线:表面电荷转移掺杂38-51
  • 3.1 前言38-39
  • 3.2 CdS 纳米线的表面电荷转移 p 型掺杂39-48
  • 3.2.1 CdS 纳米线的合成39-42
  • 3.2.2 基于表面电荷转移掺杂 p 型 CdS 纳米线场效应管的研究42-46
  • 3.2.3 实验解析46-48
  • 3.3 基于表面电荷转移掺杂 p 型 CdS 纳米线场效应管低温特性的研究48-50
  • 3.4 本章小结50-51
  • 第四章 :单根 CdS 纳米线同质结光伏器件的研究51-56
  • 4.1 掺杂 Ga 的 CdS 纳米线电导类型的转变51-52
  • 4.2 单根 CdS 纳米线同质结光伏器件的制备52-54
  • 4.3 单根 CdS 纳米线同质结光伏器件的电学特性研究54-55
  • 4.4 本章小结55-56
  • 第五章 :基于 p 型 CdS 纳米线异质结光伏器件的研究56-60
  • 5.1 基于 p 型 CdS 纳米线的异质结光伏器件的制备56-57
  • 5.2 基于 p 型 CdS 纳米线的异质结光伏器件的电学特性研究57-59
  • 5.3 本章小结59-60
  • 第六章 全文总结60-62
  • 参考文献62-69
  • 攻读硕士期间发表的论文69-71


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