快速电沉积氧化锌纳米柱及其非辐射复合

发布时间：2022-01-14 03:27

　　为在新型太阳能电池等先进光电器件中成功应用ZnO纳米柱阵列,需要以高沉积速率生长ZnO纳米柱,并能够对纳米柱的形貌与光电物理性质进行操控。使用电沉积方法制备ZnO纳米柱阵列,在主电解液中加入了六次甲基四胺,对所制备的ZnO纳米柱阵列的形貌与光电物理性质进行了测试分析。六次甲基四胺能够大幅提升ZnO纳米柱的生长速率,相比未使用六次甲基四胺的电解液配方,ZnO纳米柱的生长速率提高了356%。同时,纳米柱的直径与阵列密度得到有效降低,纳米柱间距增大至58 nm。六次甲基四胺的引入使ZnO纳米柱的光学带隙约红移了0.12 eV。在六次甲基四胺的作用下,ZnO纳米柱的斯托克斯位移减小0.15 eV,非辐射复合受到抑制。通过使用六次甲基四胺,实现了ZnO纳米柱的快速电沉积生长,同时实现了对纳米柱的光学带隙、近带边发射、斯托克斯位移、非辐射复合等光电物理性质的操控。 

【文章来源】：光学学报. 2020,40(16)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

样品1～5的SEM图片。

图2为样品1～5的透射与反射光谱。对于样品1的透射与反射光谱,在可见光与近红外波段,均可观察到明显的干涉条纹图形。由之前的SEM图可知,样品1的ZnO纳米柱阵列具有高阵列密度,形成了类似膜状结构。因此,在透射与反射光谱中出现类似于薄膜的干涉条纹图形。对于样品2～5,一方面ZnO纳米柱阵列密度降低,另一方面纳米柱的直径减小,结果导致纳米柱与纳米柱之间的距离增大,干涉条纹因此变得不显著。对于样品1～5,样品的太阳光谱加权透射率分别为80.9%、78.9%、76.0%、74.2%、80.1%,太阳光谱加权反射率分别为10.4%、10.4%、9.2%、9.2%、8.1%,波长范围为350～1300 nm。在样品2～5中,ZnO纳米柱中降低的阵列密度和加大的间距使得纳米柱层的有效折射率降低,因此样品2～5的反射率降低。但反射率的降低并未引起样品2～5的透射率的提升,反而样品2～5的透射率降低。这是由于样品2～5的纳米柱高度远大于样品1,ZnO纳米柱在各光谱段同样会发生吸收。因此,在应用ZnO纳米柱阵列时,尽管ZnO材料为宽带隙半导体,但仍不能忽视其内部的光吸收特性。

根据透射光谱线性拟合并计算光学带隙。以(αhν)2拟合hν,其中α为吸收率,h为普朗克常量(6.626×10-34 J·s),ν为频率。对于直接带隙半导体, α∝ -ln T,其中T为透射率。拟合曲线结果如图3所示。样品1的光学带隙为3.52 eV。样品2～5的光学带隙分别为3.40,3.41, 3.39,3.40 eV。相比样品1的带隙,样品2～5的带隙约红移了0.12 eV,这可能是由导带与价带中的自由载流子之间的多体效应引起的[12]。3.3 ZnO纳米柱的近带边发射与斯托克斯位移

【参考文献】：
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本文编号：3587713