ZnO-Cu2O納米異質(zhì)結(jié)陣列的制備及特性研究.pdf

1、一般條件下，ZnO半導體材料主要表現(xiàn)為n型導電特性，制約了ZnO基太陽能電池及光電器件應(yīng)用開發(fā)，本論文利用具有較好的p型導電穩(wěn)定性的Cu2O半導體材料與ZnO半導體結(jié)合，開展了ZnO/Cu2O納米異質(zhì)結(jié)陣列的制備及特性研究工作:
　　(1)利用水熱合成法，制備了一維ZnO納米線陣列。通過XRD、FESEM、PL等測試手段對ZnO的形貌、結(jié)構(gòu)、光致發(fā)光特性進行分析。結(jié)果表明，制備的ZnO納米線陣列具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，(002)晶面衍

2、射峰最強，納米線粗細均勻、表面光滑，其直徑和長度的大小與溶液濃度和反應(yīng)時間有關(guān)。納米線陣列在379nm附近有一個很強的紫外發(fā)射峰，與其禁帶邊自由激子復合的理論值相比，出現(xiàn)了1nm左右的籃移。597nm附近還存在一個峰值較弱的紅光發(fā)射帶，該峰是晶格內(nèi)的氧空缺和間隙位置的鋅離子缺陷能級躍遷造成。實驗分析結(jié)果可得，制備高取向、長度、直徑(250nm)適中的取向ZnO納米線陣列的最佳實驗參數(shù)是:常壓下，NH3·H2O∶H2O(溶液體積比)約為1

3、∶5(V/V)，反應(yīng)時間為10h，反應(yīng)溫度為95℃。
　　(2)采用電化學沉積和熱浸鍍兩種方法在制備的一維ZnO納米線陣列襯底上制備了ZnO/Cu2O異質(zhì)結(jié)陣列。通過XRD、XPS、FESEM、TEM及PL測試分析方法對樣品的特性進行了表征分析。結(jié)果表明，沉積的Cu的氧化物成分是Cu2O，在(111)晶面擇優(yōu)生長。兩種方法中的Cu2O生長結(jié)構(gòu)都是以結(jié)晶顆粒形式包覆在ZnO納米線表面，沉積后，ZnO納米線表面較粗糙，直徑明顯增加。研

4、究發(fā)現(xiàn)，沉積時間和沉積溶液的濃度都對異質(zhì)結(jié)的表面形貌和微結(jié)構(gòu)有影響，沉積時間及溶液濃度過大，不利于Cu2O沉積顆粒的晶化。ZnO/Cu2O異質(zhì)結(jié)復合陣列的PL光譜在381.7nm處有一個較強的紫外發(fā)射峰，此外，在523.4nm附近還有一個比紫外發(fā)射峰更強的綠光發(fā)光帶，相對于純ZnO陣列的發(fā)光峰，ZnO/Cu2O異質(zhì)結(jié)陣列的紫外發(fā)光峰出現(xiàn)了約2.7nm的紅移。分析認為，復合陣列的紫外發(fā)射峰由ZnO禁帶邊緣的激子復合發(fā)光產(chǎn)生，較寬的523.

5、4nm的綠光峰由沉積于ZnO納米線表面的Cu2O生長核引起的結(jié)構(gòu)缺陷數(shù)量增加導致。對比發(fā)現(xiàn)，用浸鍍法制備ZnO/Cu2O異質(zhì)結(jié)時，沉積時間越短，溶液濃度較低時制備的ZnO/Cu2O異質(zhì)結(jié)比較好;電鍍法制備ZnO/Cu2O異質(zhì)結(jié)時，沉積電壓為0.6V時制備的ZnO/Cu2O異質(zhì)結(jié)比較好。
　　(3)對樣品的I-V特性分析發(fā)現(xiàn)，異質(zhì)結(jié)表現(xiàn)出了較好的肖特基接觸特性。本論文對不同樣品在明暗條件的光響應(yīng)特性進行了測試分析。結(jié)果表明，沉積電壓