低維納米材料制備、光學(xué)特性及其光電子器件性能研究.pdf

1、納米材料由于具有獨(dú)特的尺寸、性能和潛在的應(yīng)用前景備受人們關(guān)注，到目前為止，已出現(xiàn)大量的有關(guān)納米材料報(bào)道，但是納米材料是一個(gè)龐大的領(lǐng)域，還有很多可以探索和拓展的空間。采用簡(jiǎn)單、低成本的方法制備納米材料，并把它們應(yīng)用到相關(guān)領(lǐng)域的是人們追求的主要目標(biāo)之一，在這方面仍需要開展大量研究和解決許多相關(guān)問題。
　　本文主要采用幾種簡(jiǎn)單的方法制備幾種低維有機(jī)小分子納米材料和納米ZnO，研究了它們的光學(xué)特性。并把制備的納米ZnO分別與幾種有機(jī)半導(dǎo)體

2、混合，制備了幾種光電二極管和反型結(jié)構(gòu)太陽能電池。論文主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　1.采用再沉淀法制備perylene、DCM和DPA三種有機(jī)小分子納米材料，在一定制備條件下形成perylene納米片、DPA納米晶、DCM納米顆粒，研究它們的光學(xué)特性。結(jié)果發(fā)現(xiàn) DCM納米顆粒內(nèi)分子電荷轉(zhuǎn)移(CT)峰相比稀釋溶液的發(fā)生藍(lán)移，是由于納米顆粒中分子形成了H-聚集，在DCM納米顆粒的熒光發(fā)射光譜中，發(fā)光峰產(chǎn)生猝滅，其原因是納米顆粒中分子

3、形成了H-聚集和它的發(fā)色團(tuán)的構(gòu)型發(fā)生扭曲所致。還得出perylene納米片中晶格發(fā)生變化和DPA納米晶中分子形成J-聚集。
　　2.ZnO納米顆粒具有很大的表面積、優(yōu)異的光電特性和容易合成等優(yōu)點(diǎn)。采用化學(xué)回流方法，通過調(diào)節(jié)回流時(shí)間合成出粒徑從5~40nm范圍變化的ZnO納米顆粒，研究它們的晶體結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性。并闡述不同尺寸的ZnO納米顆粒的形成機(jī)制。
　　3.良好取向的ZnO納米線或納米棒陣列有望在大面積、低成本和高性能光電

4、子器件有廣泛應(yīng)用前景。我們采用化學(xué)浴沉積方法，在ITO玻璃襯底上制備良好取向ZnO納米線陣列(ZNWAs)。研究前驅(qū)物的濃度、生長(zhǎng)時(shí)間、生長(zhǎng)溫度、pH值和種子層對(duì)ZnO納米線的尺寸(直徑和長(zhǎng)度)和納米線的排列密度的影響。同時(shí)在ITO玻璃襯底制備良好取向ZnO納米棒陣列(ZNRAs)，研究生長(zhǎng)時(shí)間對(duì)ZnO納米棒的直徑影響。并研究它們的結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性。獲得控制它們的尺寸直徑、長(zhǎng)度、排列密度的條件和在可見光區(qū)具有高透明的納米線或納米棒陣列。<

5、br>　　4.有機(jī)/無機(jī)混合光電子器件是一個(gè)有興趣的領(lǐng)域。使用制得的ZnO納米顆粒和ZnO納米線陣列分別和酞菁銅、并五苯、P3HT混合，制備六種光電二極管，系統(tǒng)地研究了它們?cè)诎祽B(tài)和光照下的性能。結(jié)果顯示它們?cè)诎祽B(tài)下和不同光照強(qiáng)度下J-V特性都顯示出較好的整流特性。并且得到器件ITO/ZNWAs/P3HT(旋涂)/Ag在暗態(tài)下理想因子為1.8，整流率為3211，表現(xiàn)出最好的二極管特性。導(dǎo)致如此大的整流率主要有兩個(gè)原因：一是ZnO納米線陣列

6、具有良好的電學(xué)輸運(yùn)特性，包括ZnO納米線具有很高的電子遷移率和為電子提供直接的輸運(yùn)路徑；二是ZNWAs/P3HT之間形成很大的親密接觸界面，在該器件中存在非常少的漏電通道。低的理想因子說明器件中電荷輸運(yùn)機(jī)制僅為復(fù)合和擴(kuò)散機(jī)制。
　　5.有機(jī)太陽能電池具有成本較低，重量輕，可采用多種襯底等明顯優(yōu)點(diǎn)，引起人們很大的研究興趣。但是它們?cè)诖髿猸h(huán)境下的穩(wěn)定性和壽命較差，成為有待于解決的難題之一。我們采用制得的ZnO納米顆粒、ZnO納米晶、Z

7、nO納米線和納米棒陣列分別和P3HT:PCBM混合制作四種反型結(jié)構(gòu)太陽能電池。它們開始的能量轉(zhuǎn)換效率分別為0.28％、0.89%、0.91%和1.11%，在大氣環(huán)境下放置長(zhǎng)達(dá)4416小時(shí)后，它們的能量轉(zhuǎn)換效率分別為0.42%、0.75%、1.21%和1.98%。除了ITO/nc-ZnO/P3HT:PCBM/MoO3/Ag器件能量轉(zhuǎn)換效率稍有下降外，其它器件的能量轉(zhuǎn)換效率都是增加的，說明這些太陽能電池在大氣環(huán)境下都具有很好的穩(wěn)定性。并對(duì)它