新型鎘基半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的合成與光電性能研究.pdf

1、鎘基半導(dǎo)體如CdS,CdSe,CdTe等,屬于典型的II-VI族半導(dǎo)體材料,已被證明具有良好的光學(xué)和電學(xué)特性,在現(xiàn)今多個(gè)熱門(mén)領(lǐng)域、尤其是光電轉(zhuǎn)換器件領(lǐng)域,體現(xiàn)出重要的應(yīng)用價(jià)值,其中,納米級(jí)鎘基半導(dǎo)體的合成與應(yīng)用,更是成為近年來(lái)科學(xué)界持續(xù)關(guān)注的熱點(diǎn)。但目前此領(lǐng)域的相關(guān)研究普遍面臨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單一、合成方法有限或性能提升緩慢的瓶頸,而如何能將材料合成與材料應(yīng)用的研究有效結(jié)合,根據(jù)應(yīng)用需要去選擇材料、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),正是突破這一瓶頸,取得突破性進(jìn)展的根

2、本途徑。本文針對(duì)鎘基半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換應(yīng)用的具體需要,結(jié)合器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),材料的合成方法,以及實(shí)際應(yīng)用性能進(jìn)行了初步探索與研究。主要研究成果如下:
　　1.利用聚苯乙烯微球(PS微球)為模板,同CdS量子點(diǎn)以真空自組裝的工藝得到孔徑和陽(yáng)極厚度可控的三維多孔密堆CdS結(jié)構(gòu)(反蛋白石結(jié)構(gòu)),并應(yīng)用為量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池陽(yáng)極。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)確定了CdS陽(yáng)極的最佳厚度、最佳退火溫度等參數(shù);通過(guò)后續(xù)電沉積CdS納米晶改善量子點(diǎn)間接觸,提升了陽(yáng)極骨架的

3、導(dǎo)電性,并具體研究了沉積不同時(shí)間CdS并共退火后的陽(yáng)極材料在壁厚、晶粒尺寸、載流子傳輸能力等方面的差別,最高獲得2％的光電轉(zhuǎn)換效率;通過(guò)電沉積CdSe構(gòu)建內(nèi)建電場(chǎng)增強(qiáng)載流子分離,最終獲得2.47%的光電轉(zhuǎn)換效率。
　　2.利用空氣輔助的CVD方法在多種基底上實(shí)現(xiàn)Cd納米片層陣列的制備,通過(guò)“put-in heating”的新型加熱工藝及堿液預(yù)處理的方法,克服了低熔點(diǎn)Cd模板高溫下易熔化和氧化的缺點(diǎn),實(shí)現(xiàn)Cd納米片層的氣相碲化,成功

4、制備純凈分立的CdTe納米片層陣列,并應(yīng)用為光響應(yīng)器件,得到880%的明暗光電流提升。后續(xù)對(duì)比討論了“put-in heating”與傳統(tǒng)正常升溫工藝的區(qū)別及影響,并說(shuō)明片層陣列對(duì)比薄膜結(jié)構(gòu),在光響應(yīng)方面的優(yōu)勢(shì)所在。
　　3.利用單晶ZnO/薄膜CdS的納米線(xiàn)結(jié)構(gòu)作為反應(yīng)基底,通過(guò)電沉積的工藝在其外制備CdSe敏化薄膜,首要研究了沉積電位對(duì)沉積產(chǎn)物物相、粒徑、包覆率的綜合影響,并同時(shí)優(yōu)化沉積過(guò)程中的其他關(guān)鍵參數(shù),如反應(yīng)源Cd2+/