氧化锌纳米阵列的种子法电沉积及其异质结制备与光电性能研究

发布时间：2017-07-06 19:21

  本文关键词：氧化锌纳米阵列的种子法电沉积及其异质结制备与光电性能研究

  更多相关文章： 氧化锌 种子层 电沉积 氧化亚铜 异质结 太阳能电池

【摘要】：氧化锌作为一种直接带隙宽禁带半导体材料,由于其优异的光学和电学性能,在众多领域受到了大量关注并得到广泛应用。为了更简便地获得更大长径比的氧化锌纳米棒阵列,本文在ITO基底表面制备了一层氧化锌种子层,并在种子层上采用电沉积的方法制备氧化锌纳米阵列,并在该结构上电沉积了氧化亚铜薄膜形成异质结,研究其光电性能。采用溶胶-凝胶法,经过旋涂和退火的步骤,在ITO基底上得到了氧化锌种子层。制备的种子层颗粒细小,大多数晶粒尺寸小于30nm,表面粗糙度为2-4nm,并形成了均匀致密膜层。然后采用硝酸锌为主盐的沉积液,使用恒电位电沉积在种子层上制备了氧化锌纳米阵列,其在(001)晶面方向具有明显的择优取向,禁带宽度约为3.34eV,且缺陷较少,对可见光有较高的透过率。得到的氧化锌纳米棒直径为40-70nm,且长度易于控制。氧化锌在ITO上的形核过程接近于连续形核模型,而在种子层上的生长过程中的电化学行为符合传统的瞬时形核模型,表明纳米阵列的形成实际上是起始于以种子层颗粒为晶核的生长。在其电化学生长过程中,硝酸锌的浓度对于氧化锌的棒状生长有重要作用,而氯化钾既是支持电解质也对锌离子有络合作用,对氧化锌纳米棒的直立生长作用明显。采用硫酸铜为主盐、酒石酸为络合剂的碱性沉积液,在氧化锌纳米阵列上电沉积了氧化亚铜薄膜,形成了氧化锌纳米阵列/氧化亚铜异质结,经过退火处理,测试其光电性能,结果表明其开路电压可以达到193mV,能量转换效率可达到0.01%,表明这种结构匹配具有良好的应用前景。
【关键词】：氧化锌 种子层 电沉积 氧化亚铜 异质结 太阳能电池
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ132.41;TB383.1
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 第一章 绪论15-27
• 1.1 氧化锌的基本性质15-18
• 1.1.1 晶体结构15-16
• 1.1.2 本征点缺陷16
• 1.1.3 掺杂16-17
• 1.1.4 光学性能17-18
• 1.2 氧化锌的不同形貌18-20
• 1.2.1 纳米带19-20
• 1.2.2 纳米棒和纳米线20
• 1.2.3 纳米管20
• 1.3 氧化锌的常见制备方法20-22
• 1.3.1 水热法20-21
• 1.3.2 溶胶-凝胶法21
• 1.3.3 电沉积法21-22
• 1.4 氧化锌形成的异质结及其应用22-25
• 1.4.1 太阳能电池22-24
• 1.4.2 光催化降解24
• 1.4.3 发光二极管24-25
• 1.5 研究意义及内容25-27
• 第二章 实验部分27-35
• 2.1 实验所用仪器及药品27-28
• 2.2 实验方法28-30
• 2.2.1 种子层的溶胶-凝胶法制备28-29
• 2.2.2 氧化锌和氧化亚铜的电沉积制备29-30
• 2.2.3 太阳能电池的组装30
• 2.3 分析测试方法30-35
• 2.3.1 成分及物相表征30-31
• 2.3.2 形貌表征31
• 2.3.3 光学和电学性能测试31-32
• 2.3.4 电化学测试32
• 2.3.5 太阳能电池测试32-35
• 第三章 氧化锌的电沉积制备35-47
• 3.1 种子法电沉积氧化锌纳米阵列35-41
• 3.1.1 溶胶-凝胶法制备种子层35-37
• 3.1.2 种子层的成分分析37-38
• 3.1.3 氧化锌纳米阵列在种子层上的生长38-41
• 3.2 氧化锌平面膜层的电沉积制备41-42
• 3.3 在导电玻璃上直接生长氧化锌纳米阵列42-44
• 3.4 不同结构氧化锌的性能比较44-45
• 3.5 本章小结45-47
• 第四章 氧化锌纳米阵列生长机理研究47-59
• 4.1 形核过程47-49
• 4.1.1 形核机理简介47
• 4.1.2 形核过程分析47-49
• 4.2 生长过程49-57
• 4.2.1 基底的影响50-51
• 4.2.2 硝酸锌浓度的影响51-53
• 4.2.3 支持电解质种类的影响53-55
• 4.2.4 氯离子浓度的影响55-56
• 4.2.5 沉积液中各因素对产物形貌的影响56-57
• 4.3 本章小结57-59
• 第五章 氧化锌纳米阵列/氧化亚铜太阳能电池的组装及性能59-73
• 5.1 氧化亚铜薄膜在ITO导电基底上的制备59-65
• 5.1.1 沉积液pH对产物物相的影响59-61
• 5.1.2 不同沉积温度的产物对比61-65
• 5.2 异质结的组装65-67
• 5.3 异质结性能测试67-68
• 5.4 太阳能电池的性能68-70
• 5.4.1 太阳能电池的光电转换效率68-69
• 5.4.2 退火步骤的影响69-70
• 5.5 本章小结70-73
• 第六章 结论73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-81
• 作者攻读学位期间的研究成果和发表的学术论文81-83
• 作者简介83-85
• 导师简介85-86
• 附件86-87

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本文编号：527515