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ZnO、ZnO：In一维纳米结构材料的制备及其光伏器件

作　者: 陈艳伟
导　师: 王成；刘益春
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 凝聚态物理
关键词: ZnO ZnO:In纳米棒 ZnO:In异质结光伏器件 阵列结构
分类号: O484
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
下　载: 824次
引　用: 2次
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内容摘要


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

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-10
1 引言  10-29
  1.1 ZnO材料的基本性质  10-12
  1.2 当前ZnO低维纳米结构材料研究进展  12-23
  1.3 本论文选题和目的  23-24
  参考文献  24-29
2 实验方法及样品表征手段  29-46
  2.1 样品制备  29-31
    2.1.1 水相合成方法  29-30
    2.1.2 溶胶凝胶法(sol-gel)  30-31
  2.2 相关表征手段  31-43
    2.2.1 X射线衍射(XRD)  31-33
    2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)  33-35
    2.2.3 透射电子显微镜(TEM)  35
    2.2.4 X射线光电子能谱(XPS)  35-37
    2.2.5 拉曼光谱(Raman spectrum)  37-38
    2.2.6 光致发光谱(PL)  38-40
    2.2.7 吸收光谱  40-42
    2.2.8 表面光电压谱(Surface Photovoltage Spectrum)  42-43
  2.3 小结  43
  参考文献  43-46
3 ZnO和ZnO:In纳米棒的结构与光学性质研究  46-62
  3.1 前言  46-47
  3.2 ZnO和ZnO:In纳米棒制备过程  47-48
  3.3 ZnO和ZnO:In纳米棒的结构特性  48-51
  3.4 ZnO和ZnO:In纳米棒的光电特性  51-58
  3.5 小结  58-59
  参考文献  59-62
4 ZnO:In/SiO_2/Si异质结构光伏器件  62-79
  4.1 前言  62
  4.2 异质结构光伏器件的制备  62-63
  4.3 异质结构光伏器件的形貌和结构  63-65
  4.4 异质结构光伏器件的光电转换性质研究  65-71
  4.5 异质结构光伏器件的性能改进  71-76
  4.6 小结  76
  参考文献  76-79
5 水相自组装ZnO:In、ZnO一维纳米结构阵列材料  79-97
  5.1 前言  79
  5.2 水相自组装ZnO:In纳米棒阵列材料  79-89
    5.2.1 ZnO:In纳米棒阵列材料的制备  82-83
    5.2.2 ZnO:In纳米棒阵列材料的结构形貌与光学性质  83-89
  5.3 水相自组装ZnO纳米棒阵列材料  89-94
    5.3.1 ZnO纳米棒阵列材料的制备  89-90
    5.3.2 ZnO纳米棒阵列材料的结构和光学性质  90-94
  5.4 小结  94-95
  参考文献  95-97
6 结论  97-99
作者简介  99
攻读博士学位期间承担的主要工作及成果  99-101
致谢  101-102

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 薄膜物理学
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