基于ZnO的異質(zhì)結(jié)的組建及其光電性能研究.pdf

1、太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的綠色能源是解決能源危機(jī)的最佳途徑之一。近些年來，半導(dǎo)體-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)、染料敏化半導(dǎo)體材料等異質(zhì)結(jié)構(gòu)，由于易于實(shí)現(xiàn)光生電荷分離被廣泛應(yīng)用于提高太陽能的轉(zhuǎn)化效率以及光電子器件的研制和開發(fā)方面。ZnO是一種重要的半導(dǎo)體光電材料，在可見光區(qū)有很高的透過率，是一種新型的透明半導(dǎo)體材料。另外，ZnO具有價(jià)格低廉，毒性小，來源豐富等眾多優(yōu)點(diǎn)而成為制備光電器件的優(yōu)良材料，具有很高的開發(fā)和應(yīng)用價(jià)值。本文以ZnO為基礎(chǔ)與無

2、機(jī)p型半導(dǎo)體材料NiO和有機(jī)染料N719分別構(gòu)造了異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并通過表面光電壓的測試研究了光生電荷的重新分布過程，為其在光電轉(zhuǎn)換方面的應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)和理論的基礎(chǔ)，主要做了以下有意義的工作：
　　 1.本文采用純度為99.99％的ZnO、NiO和18.2 MΩ的去離子水與聚乙烯醇配置的稀粘合劑溶劑作為原料制作ZnO、NiO陶瓷靶材。首先按聚乙烯醇與去離子水質(zhì)量比為1∶10混合，然后將混合物放入水域中加熱，并進(jìn)行磁力攪拌，溫度設(shè)定為9

3、0℃左右，磁力攪拌至澄清為止；然后用天平稱取一定量的ZnO、NiO粉末放入瑪瑙研缽中，滴入適量的聚乙烯醇粘結(jié)劑，并進(jìn)行研磨，直至ZnO、NiO粉末成為細(xì)小均勻的顆粒；接著將研磨好的粉末放入模具內(nèi)壓制成型，并進(jìn)行脫膠。最后將脫膠后的靶材放在專用智能控溫箱式爐中，在空氣氣氛下燒結(jié)成ZnO、NiO陶瓷靶材。
　　 2.采用激光分子束外延技術(shù)分別在Si襯底和石英襯底上制備出結(jié)晶質(zhì)量良好的ZnO薄膜和NiO薄膜，并利用X射線衍射、拉曼譜、

4、光致發(fā)光譜、透射譜等表征手段對(duì)制備出的樣品進(jìn)行表征。結(jié)果表明采用激光技術(shù)制備出的ZnO、NiO薄膜結(jié)晶較好，在可見光區(qū)有較高的透過率，為以后基于ZnO、NiO的器件的制備和應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。
　　 3.利用激光分子束外延技術(shù)在FTO導(dǎo)電玻璃襯底上制備出整流特性較好的ZnO/NiO異質(zhì)結(jié)。并采用X射線衍射、掃描電鏡、紫外可見吸收譜、光致發(fā)光譜、電學(xué)測試、表面光電壓譜等手段對(duì)其進(jìn)行表征測試。表面光電壓測試表明，由于ZnO和NiO之間良

5、好的能級(jí)相對(duì)位置，通過構(gòu)造ZnO/NiO異質(zhì)結(jié)可以使ZnO原有峰位(373 nm)的光電壓響應(yīng)大大增強(qiáng)。另外，還可以在可見光區(qū)390-600 nm引起新的較強(qiáng)的光電響應(yīng)寬帶，這是由于缺陷和NiO禁帶中的亞能級(jí)引起的。這對(duì)于未來光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和太陽能的轉(zhuǎn)化利用具有一定的積極促進(jìn)作用。
　　 4.采用激光分子束外延技術(shù)在FTO導(dǎo)電玻璃上制備出結(jié)晶良好的ZnO薄膜，并使用N719染料對(duì)ZnO薄膜進(jìn)行染料敏化，敏化過程采用浸漬法。通過Z