新型Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體分級納米陣列結(jié)構(gòu)及光伏電池研究.pdf

1、在過去的幾十年里，Ⅱ-Ⅵ族納米材料由于其有別于塊體材料的新奇特性以及巨大的應(yīng)用潛力而深受研究者的青睞。特別地，一維的Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體納米線陣列由于其高度有序的幾何結(jié)構(gòu)以及可作為未來納米功能器件的結(jié)構(gòu)基元而得到格外的關(guān)注。本文以一維半導(dǎo)體納米線陣列為切入點，從納米線陣列的可控合成與組裝的角度，分別制備出以CdS納米線陣列、ZnO納米線陣列為分支結(jié)構(gòu)的分級納米陣列結(jié)構(gòu)。在納米陣列結(jié)構(gòu)的應(yīng)用方面，我們從量子點光伏電池出發(fā)，結(jié)合器件對能帶結(jié)構(gòu)與光

2、學(xué)吸收的要求，我們構(gòu)建并系統(tǒng)研究了基于陣列納米結(jié)構(gòu)的PbS量子點體異質(zhì)結(jié)型光伏電池。我們首先開發(fā)了一種低成本的PbS量子點的合成工藝;同時從量子點電池規(guī)模化制備的角度，開發(fā)了量子點的提拉制膜工藝，為量子點薄膜的規(guī)?；瘧?yīng)用打下基礎(chǔ);最后在ZnO、TiO2納米線陣列制備的基礎(chǔ)上構(gòu)建了體異質(zhì)結(jié)型量子點光伏電池，為此類電池的研究提供了參考。
　　本論文的主要研究內(nèi)容如下:
　　1.通過電沉積的方法制備Cd的微米片陣列，并以此作為Cd

3、S納米線陣列的生長基體，結(jié)合溶劑熱反應(yīng)，成功實現(xiàn)了一種新型的CdS分級納米陣列結(jié)構(gòu)的制備。分析了所制備的納米陣列結(jié)構(gòu)的形貌、結(jié)構(gòu)、成分、物相，同時，通過對反應(yīng)條件的調(diào)控以及對反應(yīng)產(chǎn)物的分析，系統(tǒng)研究了CdS納米線陣列的形核與生長特性。通過對電沉積體系的深入研究，提出了“氫氣泡”輔助的Cd微米片陣列的生長機制，為此種結(jié)構(gòu)的其它Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體化合物的合成提供了有力的參考。
　　2.在CdS分級納米陣列結(jié)構(gòu)的合成工藝路線之上，成功實現(xiàn)了

4、此種制備方法的推廣，并獲得了ZnO的分級納米陣列結(jié)構(gòu)。分析了所制備的納米陣列結(jié)構(gòu)的形貌、結(jié)構(gòu)、成分、物相，研究了ZnO分級納米陣列結(jié)構(gòu)的形成機制。通過對電沉積體系的研究與分析，證實了Zn微米片陣列的生長遵循“氫氣泡”輔助生長的機制。在Zn微米片陣列的結(jié)構(gòu)參數(shù)的調(diào)控基礎(chǔ)之上，實現(xiàn)了ZnO分級納米陣列結(jié)構(gòu)的可控制備。
　　3.分析了PbS量子點合成的限制因素，從低成本、綠色環(huán)保的角度出發(fā)，通過復(fù)合硫源的路線設(shè)計，有效地調(diào)制了硫源前驅(qū)體

5、的活性，獲得了單分散良好的PbS量子點。分析了所得量子點的形貌、尺寸和物相，深入研究了PbS量子點的生長動力學(xué)特性。最后，為膠體合成化學(xué)中前驅(qū)體活性的調(diào)節(jié)，提供了一個新的思路。
　　4.從提高材料利用率、規(guī)模化制備的角度出發(fā)，開發(fā)了一種制備高質(zhì)量的量子點薄膜的提拉制膜工藝。研究了量子點濃度、提拉速度、環(huán)境濕度與溫度對量子點成膜特性的影響。在提拉制膜法的基礎(chǔ)上，以耗盡異質(zhì)結(jié)型光伏器件結(jié)構(gòu)為平臺，評價了此提拉制膜法制備的量子點薄膜的光

6、伏特性。同時，以有序的ZnO納米線陣列為材料平臺，研究了該提拉制膜法對大粗糙度基體表面的均鍍特性;構(gòu)造了新型的“納米線-量子點”徑向結(jié)型光伏電池，研究了其光伏特性及存在的問題，為高性能徑向結(jié)型量子點光伏電池的構(gòu)建提供了參考。
　　5.構(gòu)造了基于PbS量子點的耗盡體異質(zhì)結(jié)型量子點光伏電池。通過水熱法合成了高度有序的ZnO納米線陣列，通過對反應(yīng)條件的控制，實現(xiàn)了ZnO納米線陣列的可控生長;利用PbS量子點作為光活性層，構(gòu)建了基于ZnO