有序納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體薄膜的制備及其光電性質(zhì).pdf

1、ZnO和TiO2納米薄膜不僅具有較大的比表面積，而且由于其具有優(yōu)越的光電性能，因此已在染料敏化太陽能電池(DSSC)、光催化、化學(xué)傳感器及光電探測器等領(lǐng)域引起了國內(nèi)外廣泛的關(guān)注。然而，由于傳統(tǒng)的ZnO和TiO2納米薄膜由無序結(jié)構(gòu)納米粒子構(gòu)成，電荷在其中的傳輸主要以粒間擴(kuò)散方式進(jìn)行傳輸，因此傳輸效率不高；另外，ZnO、TiO2都屬于寬帶隙半導(dǎo)體材料(Eg分別為3.37 eV和3.2 eV)，這限制了其對可見光的吸收和利用。為解決電荷傳輸和

2、可見光區(qū)光吸收問題，我們制備了ZnO、TiO2有序納米結(jié)構(gòu)薄膜，并利用窄帶隙的CdS(Eg為2.4eV)對所制備的有序納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)合，主要開展了以下三方面的工作：
　　 (1)采用液相沉積法在氧化銦錫導(dǎo)電玻璃襯底(ITO)上制備了ZnO納米棒陣列及其與CdS復(fù)合有序結(jié)構(gòu)薄膜。利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、紫外-可見吸收分光光度計(jì)(UV-vis)、熒光光譜儀(PL)及表面光電壓譜(SPS)研究了不同CdS

3、沉積時(shí)間對復(fù)合薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、形貌、光電性質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明：ZnO納米棒陣列表面包覆CdS納米顆粒后，其吸收光譜可拓展到可見光區(qū)；與吸收光譜相對應(yīng)在可見光區(qū)出現(xiàn)新的光電壓譜響應(yīng)區(qū)。并且隨著CdS納米顆粒沉積時(shí)間延長，復(fù)合納米棒陣列薄膜在大于383 nm波長區(qū)域的光電壓強(qiáng)度逐漸減弱，而在小于383 nm波長區(qū)域的光電壓強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，我們用兩種不同的電荷產(chǎn)生和分離機(jī)制對這一截然相反的光響應(yīng)過程進(jìn)行了詳細(xì)的討論和解釋。
　　 (

4、2)以制備的ZnO納米棒陣列為模板，結(jié)合溶膠凝膠法在ITO導(dǎo)電玻璃襯底上直接制備了TiO2納米管陣列結(jié)構(gòu)薄膜；然后采用類似于制備CdS/ZnO納米棒陣列有序復(fù)合薄膜的方法制備CdS納米粒子/TiO2納米管陣列有序結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜，并對其形貌、結(jié)構(gòu)、光電性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：制備的TiO2納米管有序陣列管壁厚度約為20 nm；通過與CdS復(fù)合，光吸收顯著增強(qiáng)，吸收范圍被拓展到了可見光區(qū)；SPS表征表明增大TiO2納米管的比表面積，并采用合

5、適的CdS納米粒子沉積厚度可以有效的提高和改善復(fù)合薄膜最終的光電轉(zhuǎn)換性質(zhì)。
　　 (3)采用膜層轉(zhuǎn)移自組裝法成功制備了單層大面積有序聚苯乙烯微球(PS)模板，并結(jié)合溶膠凝膠法制備了ZnO有序網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)薄膜。利用SEM、UV-vis、SPM、XRD等對樣品的形貌、結(jié)構(gòu)及光學(xué)性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：制備的PS單層模板大面積有序，具有面心立方結(jié)構(gòu)；ZnO前驅(qū)體溶膠濃度嚴(yán)重影響孔結(jié)構(gòu)的質(zhì)量；制備的ZnO網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)薄膜厚度為150 nm，帶