ZnSe納米線的制備、表征和性質(zhì)研究及其在聚合物-無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用.pdf

1、具有寬禁帶的直接帶隙II-VI族半導(dǎo)體材料,在短波長(zhǎng)光電器件中具有重要的應(yīng)用。其一維納米材料由于其結(jié)構(gòu)及量子特性,近年來(lái)成為了該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本論文以ZnSe為研究對(duì)象,利用較為簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的脈沖激光沉積方法,研究ZnSe一維納米材料的制備、表征、性質(zhì)、生長(zhǎng)機(jī)理及其在聚合物/無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用。本論文的研究主要包括了以下三部分內(nèi)容:第一部分介紹了脈沖激光沉積方法制備硒化鋅納米線及樣品的表征和性質(zhì)。利用PLD方法合成的ZnSe納米

2、線,是以Si(100)為襯底,在真空度為2×10-4pa的背景下,先在室溫的條件下沉積一層50nm厚的催化劑Ni,接著加熱Ni覆蓋的襯底至300-C,然后在這個(gè)溫度下沉積ZnSe納米線。脈沖激光能量為40mJ,激光頻率為10Hz,沉積持續(xù)時(shí)間為30分鐘。對(duì)所合成的ZnSe納米線的表面形貌、晶體結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)分別進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)SEM觀察樣品的表面形貌,在襯底上密集生長(zhǎng)了ZnSe納米線。納米線從底部生長(zhǎng),方向比較無(wú)序,密度約為8×1009c

3、m-2。單根ZnSe納米線為針狀的,底部較粗,頂部較細(xì),長(zhǎng)度約為200nm。XRD結(jié)果顯示,合成的ZnSe納米線薄膜為面心立方結(jié)構(gòu),具有較強(qiáng)的(111)衍射峰。HRTEM結(jié)果顯示,PLD方法合成的單根ZnSe納米線具有較好的晶體結(jié)構(gòu),沒(méi)有明顯的缺陷。而SAED的結(jié)果也顯示單根ZnSe納米線具有較好的單晶結(jié)構(gòu)。紫外-可見(jiàn)光吸收譜和光致發(fā)光特性的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),與體材料ZnSe相比,ZnSe納米線的吸收峰和邊帶發(fā)射峰都有顯著的藍(lán)移。這些結(jié)果說(shuō)

4、明,由于量子限制效應(yīng),使得ZnSe納米線的禁帶寬度增大。第二部分研究了襯底、襯底溫度、催化劑、生長(zhǎng)時(shí)間等實(shí)驗(yàn)條件對(duì)ZnSe納米薄膜生長(zhǎng)的影響以及脈沖激光沉積方法合成ZnSe納米線的生長(zhǎng)機(jī)理。論文本部分研究了Si(100)、藍(lán)寶石(0001)和石英三種襯底對(duì)ZnSe納米薄膜生長(zhǎng)的影響,通過(guò)對(duì)樣品的表面形貌觀察,發(fā)現(xiàn)襯底對(duì)ZnSe納米薄膜的表面形貌具有很大的影響。在Si(、100)上合成了ZnSe納米線,在石英襯底上生長(zhǎng)的是ZnSe納米棒,

5、而在藍(lán)寶石襯底上ZnSe則是以納米顆粒的形式存在。本部分還研究了對(duì)于兩種不同的催化劑(Au和Ni)在不同襯底溫度下ZnSe納米線的生長(zhǎng)情況。結(jié)果顯示,只有當(dāng)襯底溫度在合適的范圍時(shí),ZnSe納米線才能合成,并且不同的溫度下,ZnSe納米線分別有needle-like和sphere-leading兩種形貌。ZnSe納米線的生長(zhǎng)與襯底溫度是否達(dá)到催化劑的熔點(diǎn)有關(guān),納米線的兩種形貌與受襯底溫度影響的熔融催化劑的狀態(tài)有關(guān)。為了跟蹤PLD方法合成的

6、ZnSe納米線的生長(zhǎng)情況,本部分也研究了5—60min等幾種不同生長(zhǎng)時(shí)間對(duì)ZnSe納米線生長(zhǎng)的影響。脈沖激光沉積方法生長(zhǎng)的ZnSe納米線隨著沉積時(shí)間的加長(zhǎng),不斷地變粗、變長(zhǎng),但形貌相似。第三部分探索了ZnSe納米線在聚合物/無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用。有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池由于其低成本、易制作、延展性好、可柔性等優(yōu)點(diǎn),在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域具有重要的地位。然而由于在有機(jī)聚合物內(nèi),激子的分離效率很低,導(dǎo)致有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的效率低下。為了使有機(jī)

7、聚合物內(nèi)的激子更有效地分離從而提高太陽(yáng)能電池效率,一種有效的方法就是加入無(wú)機(jī)納米材料。本論文中設(shè)計(jì)了一種基于ZnSe納米線的聚合物/無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu),并對(duì)這種復(fù)合結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池的制備和性質(zhì)進(jìn)行了初步的探索。紫外-可見(jiàn)光吸收譜的結(jié)果顯示,ZnSe納米線的存在有利于有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池對(duì)光的吸收。I-V特性的結(jié)果發(fā)現(xiàn),比起沒(méi)有ZnSe納米線存在的有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池,基于ZnSe納米線的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓和填充因子有一