ZnO、ZnO：In一维纳米结构材料的制备及其光伏器件

论文摘要

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／SiO2／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／SiO2／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

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 引言
• 1.1 ZnO材料的基本性质
• 1.2 当前ZnO低维纳米结构材料研究进展
• 1.3 本论文选题和目的
• 参考文献
• 2 实验方法及样品表征手段
• 2.1 样品制备
• 2.1.1 水相合成方法
• 2.1.2 溶胶凝胶法（sol-gel）
• 2.2 相关表征手段
• 2.2.1 X射线衍射（XRD）
• 2.2.2 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.2.3 透射电子显微镜（TEM）
• 2.2.4 X射线光电子能谱（XPS）
• 2.2.5 拉曼光谱（Raman spectrum）
• 2.2.6 光致发光谱（PL）
• 2.2.7 吸收光谱
• 2.2.8 表面光电压谱（Surface Photovoltage Spectrum）
• 2.3 小结
• 参考文献
• 3 ZnO和ZnO:In纳米棒的结构与光学性质研究
• 3.1 前言
• 3.2 ZnO和ZnO:In纳米棒制备过程
• 3.3 ZnO和ZnO:In纳米棒的结构特性
• 3.4 ZnO和ZnO:In纳米棒的光电特性
• 3.5 小结
• 参考文献
• 2/Si异质结构光伏器件'>4 ZnO:In/SiO₂/Si异质结构光伏器件
• 4.1 前言
• 4.2 异质结构光伏器件的制备
• 4.3 异质结构光伏器件的形貌和结构
• 4.4 异质结构光伏器件的光电转换性质研究
• 4.5 异质结构光伏器件的性能改进
• 4.6 小结
• 参考文献
• 5 水相自组装ZnO:In、ZnO一维纳米结构阵列材料
• 5.1 前言
• 5.2 水相自组装ZnO:In纳米棒阵列材料
• 5.2.1 ZnO:In纳米棒阵列材料的制备
• 5.2.2 ZnO:In纳米棒阵列材料的结构形貌与光学性质
• 5.3 水相自组装ZnO纳米棒阵列材料
• 5.3.1 ZnO纳米棒阵列材料的制备
• 5.3.2 ZnO纳米棒阵列材料的结构和光学性质
• 5.4 小结
• 参考文献
• 6 结论
• 作者简介
• 攻读博士学位期间承担的主要工作及成果
• 致谢