CuGaO 2 微纳米片制备及光电特性研究
发布时间：2022-02-10 12:24
近年来,二维材料凭借其优异的电子和光学特性被广泛地应用到光电器件的制备和应用当中,该类材料与其他材料所制备的异质结结构也得到了具备更多的光电特性的三维材料。铜镓氧（CuGaO2）材料作为铜铁矿半导体材料一族中的新兴材料,具备禁带宽度大、空穴导电为主的特性。此外,该材料与氧化锌（ZnO）的晶格结构很相似,可用于合成异质结材料,这使其逐渐引起了广泛地关注。随着二维半导体CuGaO2微纳米片的成功制备,探索二维六边形CuGaO2微纳米片的光电特性并应用于光电器件当中有着重要的意义。本文通过实验制备CuGaO2微纳米片并对其进行表征分析,主要包括:采用水热法生长CuGaO2微纳米片,通过调节生长条件（反应物浓度,ph值等）调谐CuGaO2微纳米片的尺寸并对其形貌及组分进行表征,进而对生长条件进行不断的优化;采用水热法实现不同离子掺杂CuGaO2微纳米片的生长,并利用扫描电子显微镜（SEM）分析掺杂对CuGaO2微纳米片形...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CuGaO2的晶格结构图
第1章绪论4提高了该材料在光电领域的应用潜力。a)b)图1.2CuGaO2/ZnS异质结a)CuGaO2纳米片和生长5小时的CuGaO2/ZnS异质结SEM图b)ZnS微球直径与生长时间的关系同年ARenaud等人[22]研究了Mg掺杂对以CuGaO2为光电阴极的p型染料敏化太阳能电池性能的影响，研究发现随着Mg掺杂量的增大，空穴载流子空穴浓度大大增加。且与未掺杂CuGaO2太阳能电池相比，光伏产率增加了73％。这说明掺杂可以提高CuGaO2材料的光电性能。使其可以更好地应用于光电器件当中。此外，胡志高等人[3]也模拟计算了Cr掺杂CuGaO2薄膜的能带结构及态密度。如图1.3所示，可以发现，CuGaO2能带结构中的价带最大值和导带最小值主要被Cu3d和4s电子态所占据。相比之下，CuCrO2能带结构的价带最大值和导带最小值主要由Cr3d和4s电子态占据，此外，Cu离子的电子态密度与Cr离子相比非常低，CuCrO2能带结构的带隙较窄，这是因为Cr电子态的强局域性使部分电子从O态转移到Cr态，这导致了Cu3d电子态跃迁过程的减弱。此外，CuCrO2中的Cr3+3d电子态的多能级结构可以进一步将更多的电子转移到掺杂能级当中以参与吸收跃迁。因此Cr掺杂对CuGaO2材料的空穴载流子浓度有很大的提高，对材料的光电性能也有一定程度的优化。除此之外，CuGaO2材料在其他领域也得到了应用，如图1.4所示，2012年WLekse等人[23]对CuGaO2进行Fe掺杂获得了新型的光催化剂，原理是通过调整带边缘与化学氧化还原电势的对齐来获得CuGaO2结构的光催化性能，增强与光激发电荷载体产生相关的光学活性，用于将CO2还原为CO。
第1章绪论4图1.3CuGaO2和CuGaO2能带结构及态密度对比图图1.4CuGaO2用于还原CO2此外，同族的铜铁矿材料CuBO2也被用作紫外光催化剂，SSantra等人通过溶胶-凝胶法在不同的ph值条件下生长了不同粒径尺寸的宽带隙CuBO2纳米晶体粉末。通过光催化装置研究了该材料的光催化性能，研究发现光催化效率随CuBO2纳米晶体粉末的粒径减小而增加，而且比Ag基的铜铁矿材料的效率要高很多。该特性的发现使铜铁矿材料在光催化降解和卫生清洁领域有望实现应用。由于水热法可以生长具有良好结晶度和平滑边界的高质量CuGaO2微纳米片，且其形貌为正六边形，CuGaO2微纳米片有望被用作出色的天然回音壁模式（WGM）光学微腔。首先，光学微腔具有很多特点，它作为光学谐振腔且具备光波长大小的尺寸。因此空间较小，可以将光很好地限制在微腔内部，这对微腔内入射光与增益介质之间的相互作用有很大的增强效果。回音壁微腔、法布里-珀罗（F-P）腔、表面等离子体
【参考文献】：
期刊论文
[1]Whispering-gallery mode hexagonal micro-/nanocavity lasers [Invited][J]. YUE-DE YANG,MIN TANG,FU-LI WANG,ZHI-XIONG XIAO,JIN-LONG XIAO,YONG-ZHEN HUANG. Photonics Research. 2019(05)
[2]磁控溅射沉积制备Al掺杂ZnO薄膜的棒状晶粒生长[J]. 赵笑昆,李博研,张增光. 材料导报. 2019(S1)
[3]Cu基铜铁矿结构透明导电氧化物薄膜的研究进展[J]. 刘文婷,张赟,吴漫漫,李勇安. 材料导报. 2014(03)
博士论文
[1]p型半导体氧化物微纳材料及光电器件研究[D]. 石琳琳.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
本文编号：3618884
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CuGaO2的晶格结构图
第1章绪论4提高了该材料在光电领域的应用潜力。a)b)图1.2CuGaO2/ZnS异质结a)CuGaO2纳米片和生长5小时的CuGaO2/ZnS异质结SEM图b)ZnS微球直径与生长时间的关系同年ARenaud等人[22]研究了Mg掺杂对以CuGaO2为光电阴极的p型染料敏化太阳能电池性能的影响，研究发现随着Mg掺杂量的增大，空穴载流子空穴浓度大大增加。且与未掺杂CuGaO2太阳能电池相比，光伏产率增加了73％。这说明掺杂可以提高CuGaO2材料的光电性能。使其可以更好地应用于光电器件当中。此外，胡志高等人[3]也模拟计算了Cr掺杂CuGaO2薄膜的能带结构及态密度。如图1.3所示，可以发现，CuGaO2能带结构中的价带最大值和导带最小值主要被Cu3d和4s电子态所占据。相比之下，CuCrO2能带结构的价带最大值和导带最小值主要由Cr3d和4s电子态占据，此外，Cu离子的电子态密度与Cr离子相比非常低，CuCrO2能带结构的带隙较窄，这是因为Cr电子态的强局域性使部分电子从O态转移到Cr态，这导致了Cu3d电子态跃迁过程的减弱。此外，CuCrO2中的Cr3+3d电子态的多能级结构可以进一步将更多的电子转移到掺杂能级当中以参与吸收跃迁。因此Cr掺杂对CuGaO2材料的空穴载流子浓度有很大的提高，对材料的光电性能也有一定程度的优化。除此之外，CuGaO2材料在其他领域也得到了应用，如图1.4所示，2012年WLekse等人[23]对CuGaO2进行Fe掺杂获得了新型的光催化剂，原理是通过调整带边缘与化学氧化还原电势的对齐来获得CuGaO2结构的光催化性能，增强与光激发电荷载体产生相关的光学活性，用于将CO2还原为CO。
第1章绪论4图1.3CuGaO2和CuGaO2能带结构及态密度对比图图1.4CuGaO2用于还原CO2此外，同族的铜铁矿材料CuBO2也被用作紫外光催化剂，SSantra等人通过溶胶-凝胶法在不同的ph值条件下生长了不同粒径尺寸的宽带隙CuBO2纳米晶体粉末。通过光催化装置研究了该材料的光催化性能，研究发现光催化效率随CuBO2纳米晶体粉末的粒径减小而增加，而且比Ag基的铜铁矿材料的效率要高很多。该特性的发现使铜铁矿材料在光催化降解和卫生清洁领域有望实现应用。由于水热法可以生长具有良好结晶度和平滑边界的高质量CuGaO2微纳米片，且其形貌为正六边形，CuGaO2微纳米片有望被用作出色的天然回音壁模式（WGM）光学微腔。首先，光学微腔具有很多特点，它作为光学谐振腔且具备光波长大小的尺寸。因此空间较小，可以将光很好地限制在微腔内部，这对微腔内入射光与增益介质之间的相互作用有很大的增强效果。回音壁微腔、法布里-珀罗（F-P）腔、表面等离子体
【参考文献】：
期刊论文
[1]Whispering-gallery mode hexagonal micro-/nanocavity lasers [Invited][J]. YUE-DE YANG,MIN TANG,FU-LI WANG,ZHI-XIONG XIAO,JIN-LONG XIAO,YONG-ZHEN HUANG. Photonics Research. 2019(05)
[2]磁控溅射沉积制备Al掺杂ZnO薄膜的棒状晶粒生长[J]. 赵笑昆,李博研,张增光. 材料导报. 2019(S1)
[3]Cu基铜铁矿结构透明导电氧化物薄膜的研究进展[J]. 刘文婷,张赟,吴漫漫,李勇安. 材料导报. 2014(03)
博士论文
[1]p型半导体氧化物微纳材料及光电器件研究[D]. 石琳琳.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
本文编号：3618884
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