Ni掺杂ZnO纳米棒阵列膜增强光电响应特性的研究
发布时间：2021-06-14 02:25
作为一种金属氧化物半导体材料,ZnO（氧化锌）的禁带宽度为3.37 eV,激子结合能为60 meV,远高于其他宽禁带半导体材料,在光电器件领域中具有广泛的应用前景,可应用于发光材料、光催化剂、太阳能电池以及光电探测器等。目前,研究人员采用不同的合成方法制备ZnO薄膜,并对ZnO薄膜掺杂不同元素,实现对ZnO薄膜光电性能的调控。本文通过简单的水热合成方法制备ZnO纳米棒阵列膜,并以醋酸镍为Ni源,对ZnO纳米棒阵列膜进行表面修饰,经过退火处理获得Ni掺杂的ZnO纳米棒阵列膜。采用SEM、XRD、PL以及XPS等测试方法对Ni掺杂的ZnO纳米棒阵列膜进行结构表征,通过自制的光电性能平台进行光电性能的测试,并对Ni掺杂的机理进行了探讨。本研究主要分为两部分,第一部分是通过水热方法合成纯ZnO纳米棒阵列膜,然后在不同醋酸镍浓度溶液中,采用浸渍提拉法,制备不同浓度Ni掺杂的ZnO纳米棒阵列膜,通过自制的光电性能平台进行光电性能的测试。研究结果表明,Ni掺杂并不影响ZnO纳米棒阵列膜的晶体结构,但改变了晶格常数的大小,进而使得（002）衍射峰发生了偏移。掺杂Ni增强了ZnO纳米棒阵列膜的光电响应度...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ZnO的三种晶体结构：（a）氯化钠式八面体结构；（b）立方闪锌矿结构；（c）六方纤锌矿结构
图 1.2 六方纤锌矿 ZnO 晶体的原子点阵示意图[27]Figure 1.2 Atomic lattice diagram of hexagonal wurtzite ZnO crystal.[27]带结构nO 的热力学稳定相为六边纤锌矿结构，其禁带宽度为 3.37 eV。ZnO 的能图见图 1.3，该能带结构给出的是电子单粒子（即电子或空穴）状态。Zn接带隙半导体，在布里渊区的同一点，即 K=0，具有最高价带和最低导带B 和 CB）的全局极值，即我们通常所说的价带顶和导带底。最低的 CB 由 Zn2+的空 4s 态或反键 sp3混合态形成的，并具有 Γ1 对称性。最高的 V源于被占据的 2p 轨道或键合的 sp3轨道，在六边形晶体场的影响下无自两种状态，Γ5 和 Γ1。价带可以分为 A 带、B 带和 C 带，分别代表着重空以及受到晶体场作用。A 带、B 带以及 C 带均具有一个极值且位于同一 Γ在自旋轨道的相互作用下会分开较小的距离，通常忽略不计[29]。
图 1.2 六方纤锌矿 ZnO 晶体的原子点阵示意1.2 Atomic lattice diagram of hexagonal wurtzite 定相为六边纤锌矿结构，其禁带宽度为 能带结构给出的是电子单粒子（即电子，在布里渊区的同一点，即 K=0，具有最局极值，即我们通常所说的价带顶和导s 态或反键 sp3混合态形成的，并具有 Γ1 2p 轨道或键合的 sp3轨道，在六边形晶 和 Γ1。价带可以分为 A 带、B 带和 C 带场作用。A 带、B 带以及 C 带均具有一个相互作用下会分开较小的距离，通常忽略
【参考文献】：
期刊论文
[1]CdS/CH3NH3PbI3共敏化ZnO太阳能电池的光伏性能研究[J]. 张培松,陈红,栾红梅,陈钢,庞振宇,杨丽丽. 吉林师范大学学报(自然科学版). 2015(03)
[2]纳米ZnO气敏传感器研究进展[J]. 宣天美,尹桂林,葛美英,林琳,何丹农. 材料导报. 2015(01)
[3]ZnO纳米棒阵列、纳米片及其发光和光催化特性[J]. 顾留洋,王树林. 功能材料. 2015(03)
[4]ZnO纳米线/棒阵列的水热法制备及应用研究进展[J]. 郝锐,邓霄,杨毅彪,陈德勇. 化学学报. 2014(12)
[5]掺杂ZnO光催化剂研究进展[J]. 秦祖赠,苏通明,蒋月秀,刘瑞雯,刘自力. 工业催化. 2014(03)
[6]Cu2O-ZnO太阳能电池的研究进展及磁控溅射法制备Cu2O-ZnO异质结的研究（英文）[J]. 杨美佳,朱丽萍. 发光学报. 2013(02)
[7]晶种辅助化学水浴合成Al掺杂ZnO纳米棒阵列[J]. 王璟,陈小焱,张增明,丁雨田. 硅酸盐学报. 2012(12)
[8]掺N纳米ZnO的制备及光催化活性[J]. 王雪静,朱芳坤,胡林峰. 硅酸盐学报. 2012(09)
[9]金属有机化学气相沉积法制备ZnO和ZnO:Ni薄膜及其特性分析[J]. 王辉,王瑾,赵洋,赵龙,赵旺,史志锋,夏晓川,马艳,杜国同,董鑫. 高等学校化学学报. 2011(12)
[10]ZnO薄层对体异质结有机太阳能电池性能的影响[J]. 杨少鹏,李占峰,赵艳新,刘博雅,刘贤豪,纪雪梅. 人工晶体学报. 2011(03)
博士论文
[1]氧化锌纳米材料光学性能与光催化性能的研究[D]. 肖姗姗.吉林大学 2015
[2]ZnO材料的制备及其性能研究[D]. 孙海波.山东师范大学 2010
[3]ZnO半导体光电材料的制备及其性能的研究[D]. 吕建国.浙江大学 2005
硕士论文
[1]NiO/ZnO基半导体异质结及MgNiO固溶体薄膜的制备与性能研究[D]. 杨治国.浙江大学 2011
本文编号：3228865
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ZnO的三种晶体结构：（a）氯化钠式八面体结构；（b）立方闪锌矿结构；（c）六方纤锌矿结构
图 1.2 六方纤锌矿 ZnO 晶体的原子点阵示意图[27]Figure 1.2 Atomic lattice diagram of hexagonal wurtzite ZnO crystal.[27]带结构nO 的热力学稳定相为六边纤锌矿结构，其禁带宽度为 3.37 eV。ZnO 的能图见图 1.3，该能带结构给出的是电子单粒子（即电子或空穴）状态。Zn接带隙半导体，在布里渊区的同一点，即 K=0，具有最高价带和最低导带B 和 CB）的全局极值，即我们通常所说的价带顶和导带底。最低的 CB 由 Zn2+的空 4s 态或反键 sp3混合态形成的，并具有 Γ1 对称性。最高的 V源于被占据的 2p 轨道或键合的 sp3轨道，在六边形晶体场的影响下无自两种状态，Γ5 和 Γ1。价带可以分为 A 带、B 带和 C 带，分别代表着重空以及受到晶体场作用。A 带、B 带以及 C 带均具有一个极值且位于同一 Γ在自旋轨道的相互作用下会分开较小的距离，通常忽略不计[29]。
图 1.2 六方纤锌矿 ZnO 晶体的原子点阵示意1.2 Atomic lattice diagram of hexagonal wurtzite 定相为六边纤锌矿结构，其禁带宽度为 能带结构给出的是电子单粒子（即电子，在布里渊区的同一点，即 K=0，具有最局极值，即我们通常所说的价带顶和导s 态或反键 sp3混合态形成的，并具有 Γ1 2p 轨道或键合的 sp3轨道，在六边形晶 和 Γ1。价带可以分为 A 带、B 带和 C 带场作用。A 带、B 带以及 C 带均具有一个相互作用下会分开较小的距离，通常忽略
【参考文献】：
期刊论文
[1]CdS/CH3NH3PbI3共敏化ZnO太阳能电池的光伏性能研究[J]. 张培松,陈红,栾红梅,陈钢,庞振宇,杨丽丽. 吉林师范大学学报(自然科学版). 2015(03)
[2]纳米ZnO气敏传感器研究进展[J]. 宣天美,尹桂林,葛美英,林琳,何丹农. 材料导报. 2015(01)
[3]ZnO纳米棒阵列、纳米片及其发光和光催化特性[J]. 顾留洋,王树林. 功能材料. 2015(03)
[4]ZnO纳米线/棒阵列的水热法制备及应用研究进展[J]. 郝锐,邓霄,杨毅彪,陈德勇. 化学学报. 2014(12)
[5]掺杂ZnO光催化剂研究进展[J]. 秦祖赠,苏通明,蒋月秀,刘瑞雯,刘自力. 工业催化. 2014(03)
[6]Cu2O-ZnO太阳能电池的研究进展及磁控溅射法制备Cu2O-ZnO异质结的研究（英文）[J]. 杨美佳,朱丽萍. 发光学报. 2013(02)
[7]晶种辅助化学水浴合成Al掺杂ZnO纳米棒阵列[J]. 王璟,陈小焱,张增明,丁雨田. 硅酸盐学报. 2012(12)
[8]掺N纳米ZnO的制备及光催化活性[J]. 王雪静,朱芳坤,胡林峰. 硅酸盐学报. 2012(09)
[9]金属有机化学气相沉积法制备ZnO和ZnO:Ni薄膜及其特性分析[J]. 王辉,王瑾,赵洋,赵龙,赵旺,史志锋,夏晓川,马艳,杜国同,董鑫. 高等学校化学学报. 2011(12)
[10]ZnO薄层对体异质结有机太阳能电池性能的影响[J]. 杨少鹏,李占峰,赵艳新,刘博雅,刘贤豪,纪雪梅. 人工晶体学报. 2011(03)
博士论文
[1]氧化锌纳米材料光学性能与光催化性能的研究[D]. 肖姗姗.吉林大学 2015
[2]ZnO材料的制备及其性能研究[D]. 孙海波.山东师范大学 2010
[3]ZnO半导体光电材料的制备及其性能的研究[D]. 吕建国.浙江大学 2005
硕士论文
[1]NiO/ZnO基半导体异质结及MgNiO固溶体薄膜的制备与性能研究[D]. 杨治国.浙江大学 2011
本文编号：3228865
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