二维碳硅体系及其光电器件应用

发布时间：2017-07-26 08:17

  本文关键词：二维碳硅体系及其光电器件应用

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【摘要】：石墨烯的发现打开了二维材料物理器件交叉学科研究的大门。石墨烯具有优异的电学、光学和力学性质,如高载流子迁移率,2.3%的吸光率等等,吸引了全世界的科研人员开始研究其在电子器件／电子电路／光电器件上的应用。但是,石墨烯零禁带的特性限制了它在逻辑电路以及光电子器件方面的一些应用。因此,近年来,科学家为了克服石墨烯零禁带这一缺点,开始探索打开石墨烯带隙的方法以及制备其他二维原子材料。在这个背景下,本文针对石墨烯零带隙的缺点,首次从实验上论证提出了二维硅碳体系：主要包括二维碳化硅和二碳化硅,以及硅掺杂石墨烯；本文针对二维硅碳体系的逻辑电路及光电子器件应用,进行了材料物理器件交叉研究,指出二维硅碳体系在太阳能光伏器件方面的应用前景。本论文的主要工作如下：(1)采用化学气相沉积法制备了二维碳化硅与二碳化硅,获得了稳定存在的二维二碳化硅,提出了二维硅碳体系的全新概念：硅碳原子六环结构成键的二维原子平面。(2)采用化学气相沉积法,利用硅烷和甲烷反应合成了单层硅掺杂石墨烯,分析表明硅原子成功进入石墨烯碳六环原子结构形成替代位掺杂,掺杂含量为3.4at%。(3)基于第一性原理的理论计算,得出硅掺杂含量在3.3at%的硅掺杂石墨烯是直接禁带半导体,禁带宽度为0.28eV,功函数比石墨烯高0.13eV。(4)设计研究了硅掺杂石墨烯／砷化镓的异质结,其太阳能平均光电转换效率比原始石墨烯／砷化镓的异质结太阳能电池的平均光电转换效率高33.7%。(5)硅掺杂石墨烯可以有效利用红外波段光线,将硅掺杂石墨烯旋涂在石墨烯／砷化镓的异质结表面,其太阳能光电转换效率比原始石墨烯／砷化镓异质结太阳能电池的光电转换效率高14.6%。
【关键词】：石墨烯 二维硅碳体系 二维碳化硅 二维二碳化硅 硅掺杂石墨烯 二维材料/半导体异质结 太阳能电池
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127;TM914.4
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-29
• 1.1 石墨烯简介12-14
• 1.2 石墨烯的制备方法14-17
• 1.3 石墨烯的应用17-19
• 1.3.1 石墨烯电子器件17-18
• 1.3.2 石墨烯太阳能电池18-19
• 1.4 石墨烯纳米带、石墨烯的掺杂与其他二维原子材料19-26
• 1.4.1 石墨烯纳米带19-20
• 1.4.2 石墨烯掺杂20-24
• 1.4.2.1 石墨烯的电学掺杂20-22
• 1.4.2.2 石墨烯的化学掺杂22-24
• 1.4.3 其他二维原子材料24-26
• 1.5 目前研究中存在的问题26-27
• 1.6 本文的主要研究内容27-29
• 第二章 二维原子材料及器件的表征和平面微纳器件工艺29-34
• 2.1 实验装置29
• 2.2 二维原子材料的表征方法29-32
• 2.3 石墨烯/半导体异质结和太阳能电池的表征32-34
• 第三章 二维碳化硅和二碳化硅的制备与表征34-46
• 3.1 研究背景34-36
• 3.2 二维碳化硅的合成机理36-38
• 3.3 实验过程38-39
• 3.4 结果与讨论39-45
• 3.4.1 二维碳化硅的表征39-42
• 3.4.2 二维二碳化硅的表征42-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 硅掺杂石墨烯的制备和表征46-54
• 4.1 研究背景46-47
• 4.2 实验过程47-48
• 4.2.1 硅掺杂石墨烯的合成47-48
• 4.2.2 硅掺杂石墨烯的转移48
• 4.3 结果与讨论48-53
• 4.3.1 硅掺杂石墨烯的结构表征48-51
• 4.3.2 硅掺杂石墨烯的电学性质表征51-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 硅掺杂石墨烯的光电应用54-61
• 5.1 研究背景54
• 5.2 石墨烯/砷化镓异质结太阳能电池的设计54-56
• 5.2.1 石墨烯/砷化镓异质结太阳能电池的原理54-55
• 5.2.2 石墨烯/砷化镓异质结太阳能电池的制备55-56
• 5.3 石墨烯/砷化镓异质结太阳能电池的性能56-59
• 5.3.1 光电转换效率的测试56-57
• 5.3.2 外量子效率的测试57-58
• 5.3.3 石墨烯/砷化镓异质结太阳能电池器件的参数分析58-59
• 5.4 光掺杂石墨烯/砷化镓异质结太阳能电池的性能59-60
• 5.5 本章小结60-61
• 第六章 总结与展望61-63
• 6.1 总结61
• 6.2 展望61-63
• 参考文献63-77
• 个人简历77-78
• 攻读学位期间发表的学术论文78

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本文编号：575476