氧化鋅基和硅基異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備及其表面光伏特性研究.pdf

1、利用太陽(yáng)能電池等光電器件來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的光電轉(zhuǎn)換是解決能源危機(jī)和環(huán)境問題，以及實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑，而開發(fā)高性能的光電材料則是實(shí)現(xiàn)能源有效利用的基礎(chǔ)。氧化鋅(ZnO)和硅等材料具有優(yōu)良的光電特性和較低的生產(chǎn)成本，一直是光電領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。基于它們構(gòu)成的無(wú)機(jī)-無(wú)機(jī)、無(wú)機(jī)-有機(jī)異型異質(zhì)結(jié)構(gòu)，能夠兼容不同材料的特性，提高光生電荷的分離效率，并擴(kuò)展了光子吸收范圍，從而改善器件的光電性能，因此受到人們的廣泛關(guān)注。目前，ZnO異質(zhì)結(jié)構(gòu)和硅異質(zhì)結(jié)構(gòu)的

2、器件性能仍然滿足不了實(shí)際應(yīng)用的需求，所以對(duì)它們的光生電荷行為進(jìn)行深入研究，對(duì)于提高相關(guān)器件的光電轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用至關(guān)重要。表面光伏技術(shù)是一種非接觸式的表征半導(dǎo)體材料和結(jié)構(gòu)光電特性，分析其光生電荷行為的有效方法。本論文分別制備了幾種ZnO基和硅基異質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過(guò)表面光伏技術(shù)系統(tǒng)地研究了它們的光生電荷性質(zhì)，主要內(nèi)容概括如下:
　　采用低溫水溶液法制備ZnO納米棒，測(cè)量分析了表面功函數(shù)及其隨光照的變化，以及入射方向、環(huán)境、光強(qiáng)和斬

3、波頻率等因素對(duì)其表面光伏特性的影響。在此基礎(chǔ)上制備了不同的ZnO/PF異質(zhì)結(jié)構(gòu)，即層疊結(jié)構(gòu)和嵌入結(jié)構(gòu)，研究表面電荷產(chǎn)生改變的原因，證明嵌入結(jié)構(gòu)因具有更多的電荷分離界面，擴(kuò)展了光伏響應(yīng)光譜范圍，增大響應(yīng)強(qiáng)度。另外，制備了ZnO納米棒/P3HT嵌入異質(zhì)結(jié)構(gòu);發(fā)現(xiàn)P3HT能夠加快過(guò)剩載流子的輸運(yùn)，從而使異質(zhì)結(jié)構(gòu)的表面自由電荷行為改變;研究斬波頻率、環(huán)境和光強(qiáng)等因素對(duì)ZnO/P3HT異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光強(qiáng)調(diào)制表面光伏影響，并通過(guò)相位角分析光生電荷分離輸

4、運(yùn)過(guò)程，說(shuō)明P3HT向ZnO注入光生電子機(jī)制和P3HT/ZnO/ITO界面的光生電荷轉(zhuǎn)移方向。
　　利用低溫水溶液法和磁控濺射法分別制備ZnO納米棒/p-Si異質(zhì)結(jié)構(gòu)和納米ZnO薄膜/p-Si異質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過(guò)基于Kelvin探針的表面光伏測(cè)試系統(tǒng)對(duì)它們的表面光伏響應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)表征。研究不同直徑、不同長(zhǎng)度的ZnO納米棒和不同厚度的納米ZnO薄膜對(duì)相關(guān)異質(zhì)結(jié)構(gòu)表面光生電荷的影響，初步探索異質(zhì)結(jié)構(gòu)表面光電行為的形成原因，發(fā)現(xiàn)ZnO的形貌和厚

5、度影響異質(zhì)結(jié)構(gòu)光生載流子的行為。
　　采用旋涂法制備n-Si/CuPc異質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過(guò)基于Kelvin探針的表面光伏技術(shù)、光強(qiáng)調(diào)制表面光伏技術(shù)和瞬態(tài)表面光伏技術(shù)對(duì)其表面光伏響應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)研究。對(duì)比分析溫度、光照強(qiáng)度、斬波頻率、環(huán)境以及CuPc薄膜厚度等因素對(duì)n-Si/CuPc異質(zhì)結(jié)構(gòu)的表面光伏行為的影響及形成原因，結(jié)合相位角光譜描述了異質(zhì)結(jié)構(gòu)中光生電荷的傳輸特性，結(jié)果表明厚度合適的CuPc薄膜可以促進(jìn)n-Si/CuPc異質(zhì)結(jié)構(gòu)光生電荷