学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

ZnO纳米线阵列的构筑、界面调控及其光电应用

作　者: 韩啸
导　师: 程轲
学　校: 河南大学
专　业: 光学
关键词: CdS NPs/ZnO NWs复合结构 ZnxCd1-xSe@ZnO NWs核壳纳米线阵列量子点敏化太阳能电池背电极材料定点生长ZnO纳米线
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 82次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

阵列化纳米结构可以为光生电子-空穴对提供必需的分离界面，并为分离后的光生载流子提供直接的传输通道，这使得阵列化纳米结构在光伏器件领域受到广泛关注。其中，纤锌矿结构的ZnO因其具有较大的带隙（3.36eV）、室温下较高的激子束缚能（60mV）以及机械和热学上的稳定性，被认为是最有前途的光电功能材料之一。在过去几年中，国际、国内研究者利用ZnO纳米结构（如纳米线、纳米棒、纳米环和纳米管）在光伏领域开展了大量的研究工作。就目前的研究结果来看，基于ZnO纳米结构的太阳电池，其填充因子Fill Factor（FF）和开路电压Voc还远低于它们各自所对应的传统平面结构的太阳能电池。在这种纳米阵列结构中，较低的FF和Voc意味着其电荷的最终收集效率低于传统结构太阳电池的收集效率，主要原因在于：（1）传统量子点敏化ZnO纳米线阵的方式使得量子点的担载量有限，且均一性较差；（2）低温水热生长技术的特点使得ZnO纳米线阵列表面存在大量的载流子复合中心，纳米尺度下这种表面态和界面态会严重影响光生载流子的分离和传输特性；（3）传统无序ZnO种子层生长的ZnO纳米线阵列结构往往难以保证纳米线严格地垂直基底生长，相互交叉的ZnO纳米线会导致其他半导体材料在纳米棒之间空隙填充的困难，难以形成理想的、完全的异质结构。针对上述问题，我们开展了以下三个方面的研究工作：一、 CdS NPs/ZnO NWs复合结构的化学水浴和低温水热法制备及其光电性能：首先利用低温水热法制备了ZnO纳米线（NWs）阵列，然后用化学水浴法将CdS量子点（QDs）沉积在所制备的ZnO NWs上，构筑了CdS NPs/ZnO NWs半导体异质结构。I-V测试结果表明：与单一的ZnO NWs阵列相比， CdS NPs/ZnO异质结构的光电流增加约两个数量级；表面光电压谱（SPS）测试结果表明：其光电响应范围与其吸收结果相对应向长波区域扩展，并且其强度也得到较大程度的提高；并研究了不同CdS NPs沉积时间对表面光电压响应的影响。二、离子交换法构筑Zn_xCd_1-xSe@ZnO核壳纳米线阵列结构及其光电性能：通过水热生长和离子交换反应，在FTO导电衬底上制备了组分连续可调的Zn_xCd_1-xSe@ZnO核壳结构纳米线阵列。表面光电压谱结果表明：其光电响应范围可随着壳层组分的变化扩展到可见光区，并且其响应强度逐步增加，这是由于表面形成的II型异质结构，使得其光生电子-空穴对的分离和传输能力得到提高；以Zn_xCd_1-xSe@ZnO作为量子点敏化太阳能电池的光阳极，在多硫电解质体系中评价了不同离子交换温度对其光电转换能力的影响；在此基础上，研究了不同背电极（Cu2S、 PbS和Cu₂ZnSnS₄）材料的催化活性对其光电转换效率的影响。得益于Zn_xCd_1-xSe@ZnO核壳纳米线阵列较高的光生载流子的分离和传输效率以及Cu2S纳米墙结构背电极较高的催化能力，在多硫电解质体系中得到了1.70%的光电转换效率。三、纳米球模板组装技术（NSL）定点生长ZnO纳米棒阵列：为提高ZnO纳米线阵列的有序性，利用磁控溅射和离子束溅射方法制备了取向性较好的ZnO种子层，并利用廉价、简易和间距可调的PS微球作为模板制备孔洞间距可调的Au网格有序结构；在孔洞的限位作用下，通过水热生长的方法定点生长具有周期性的、取向性较好的ZnO纳米线阵列结构。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第一章绪论  12-26
  1.1 引言  12
  1.2 太阳能电池的研究现状  12-13
  1.3 太阳能电池的种类  13-16
    1.3.1 硅基太阳能电池  13-14
    1.3.2 量子点敏化太阳能电池  14-15
    1.3.3 聚合物/有机太阳能电池  15
    1.3.4 化合物薄膜太阳能电池  15-16
  1.4. 纳米结构在太阳能电池中的应用  16-20
    1.4.1 纳米线  16
    1.4.2 纳米环  16-17
    1.4.3 纳米管  17-19
    1.4.4 分枝纳米线阵列  19-20
  1.5 目前存在的主要问题  20
  1.6 本论文研究的目的、思路及内容  20-23
    1.6.1 论文的研究目的和思路  20-21
    1.6.2 论文研究的主要内容  21-23
  参考文献  23-26
第二章 CdS/ZnO NWs 阵列的制备及其光电性质研究  26-36
  2.1 引言  26-27
  2.2 实验  27-28
    2.2.1 试剂和仪器  27
    2.2.2 实验过程  27-28
  2.3 结果与讨论  28-33
    2.3.1 CdS/ZnO NWs 阵列的形貌和结构  28-30
    2.3.2 CdS/ZnO NWs 的光电性质研究  30-32
    2.3.3 不同组装时间对 CdS/ZnO NWs 的光吸收的影响  32-33
  2.4 本章小结  33-34
  参考文献  34-36
第三章 Zn_xCd_(1-x)Se@ZnO（0  36-54
  3.1 引言  36-37
  3.2 实验  37-39
    3.2.1 试剂和设备  37
    3.2.2 实验过程  37-39
  3.3 结果和讨论  39-49
    3.3.1 ZnO NWs 和 Zn_xCd_(1-x)Se@ZnO NWs（0  39-42
    3.3.2 Zn_xCd_(1-x)Se/ZnO NWs（0  42-44
    3.3.3 基于 Zn_xCd_(1-x)Se@ZnO（0  44-46
    3.3.4 不同背电极对 QDSSCs 光电性能影响的研究  46-49
  3.4 本章小结  49-50
  参考文献  50-54
第四章定点生长 ZnO 纳米线阵列结构的制备  54-68
  4.1 引言  54
  4.2 实验  54-56
    4.2.1 试剂和仪器  54-55
    4.2.2 实验过程  55-56
  4.3 结果与讨论  56-63
    4.3.1 PS 球薄膜的制备  56-58
    4.3.2 较低浓度前驱体溶液下，不同刻蚀时间对定点生长的影响  58-59
    4.3.3 较高浓度前驱体溶液下，更长刻蚀时间对定点生长的影响  59-60
    4.3.4 不同种子层对定点生长的影响  60-61
    4.3.5 不同衬底对定点生长的影响  61-63
  4.4 本章小结  63-64
  参考文献  64-68
硕士期间发表和已完成的论文与工作  68-70
致谢  70-71

ZnO纳米线阵列的构筑、界面调控及其光电应用

内容摘要

全文目录

相似论文