ZnO/ZnSe Ⅱ型同轴纳米线光学性质的模拟研究

利用有限时域差分方法研究了纳米线直径、阵列周期和AZO衬底对ZnO/ZnSe同轴纳米线阵列光学性质的影响,并通过二维光学模式分析阐明了光吸收的物理机制.模拟结果表明:衬底对吸收增强的程度有限且较弱;适中的填充因子将更有利于ZnO/ZnSe纳米线阵列的光吸收;较大直径的纳米线阵列可以支持更多模式的光传播,吸收率可显著增强.而决定此异质结阵列在带隙以上吸收率的物理机制为短波长波段的周期性阵列的衍射效应及长波长波段与传导模相关的单根纳米线尺寸效应.     

GaAs纳米线阵列太阳能电池的设计与优化

为了得到纳米线阵列太阳能电池的最优转换效率,通过仿真计算对GaAs轴向pin结纳米线阵列进行了结构优化.首先利用三维有限时域差分法分析了GaAs纳米线阵列的光吸收特性,并对其直径、密度等结构参量进行优化,优化后的GaAs纳米线阵列的光吸收率可达87.4%.在此基础上,利用Sentaurus软件包中的电学仿真模块分析了电池的电学性能,并根据光生载流子在纳米线中的分布,对轴向pin结结构进行优化,最终优化过的太阳能电池功率转换效率可达到17.6%.分析结果表明,通过钝化处理以降低GaAs纳米线的表面复合速率,可显著提升电池的功率转换效率,而通过减小纳米线顶端高掺杂区域的体积,可减少载流子复合损耗,从而提高电池效率.该研究可为制作高性能的纳米线太阳能电池提供参考.     

基于DNA模板与聚二甲基硅氧烷转移制备钯纳米线的新方法

在聚二甲基硅氧烷衬底上梳理得到DNA阵列,并以DNA为模板通过低温乙醇还原得到Pd纳米线,再通过PDMS转移技术将Pd纳米线转移至不同的衬底,这是一种制备高导电性Pd纳米线的新方法.以DNA为模板的选择性生长控制方法可以显著抑制衬底上无规Pd纳米颗粒的出现. SEM观测制备的Pd纳米线的宽度约为80 nm,连续长度可达14 μm. FESEM、XPS和TEM表征揭示出Pd纳米线是由面心立方结构的Pd纳米晶粒组成,电学测量获得的Pd纳米线的电阻率为1.59 μΩm,仅比体电阻率高约一个量级. 研究还发现通过改变反应时间和温度可以有效调控Pd纳米线的生长过程.     

树形结构Si/ZnO纳米线阵列的制备及光学性能

用一种低成本的方法制备出了树形结构Si/ZnO纳米线阵列。首先在室温条件下用金属辅助化学腐蚀法在Si(100)衬底上制备了Si纳米线阵列,Si纳米线的直径尺寸及分布都很均匀,通过改变腐蚀时间,能够得到高度不同的Si纳米线阵列。利用磁控溅射在Si纳米线表面制备一层ZnO薄膜,然后利用水热法在Si纳米线阵列上生长了ZnO纳米线。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和光致发光(PL)测试对样品进行了表征。通过这种方法制备的Si/ZnO复合结构在太阳能电池、光催化等领域有潜在应用价值。     

固定体积比例下Ag纳米线对不同光栅结构吸收的影响

为了研究Ag纳米线对单晶硅薄膜太阳能电池光吸收效率的影响,设计了固定体积比例下具有三角形光栅和矩形光栅的单晶硅薄膜太阳能电池结构.在两种结构的Ag-Si交界处分别添加横向截面为圆形和矩形的Ag纳米线阵列,利用有限时域差分法分别模拟计算了这两种结构的太阳能电池和对照组的吸收光谱.通过扫描优化得到两种光栅结构的最佳高度、纳米线横截面积以及分布密度,并计算出最优条件下300~1 100nm波段的光吸收效率.通过分析光吸收增强谱和电磁场强度分布图得出了含有纳米线模型在长波段的吸收增强机理.结果表明,添加了Ag纳米线后的两种太阳能电池模型均比两种对照组模型具有更好的光捕获和吸收作用,在矩形光栅模型中添加Ag纳米线后吸收效率的提升要比三角形光栅模型中更为明显.研究结果可为新型太阳能电池的结构参数设计提供参考.     

硅薄膜太阳电池表面纳米线阵列光学设计

陷光结构的优化是增加硅薄膜太阳电池光吸收进而提高其效率的关键技术之一. 以硅纳米线阵列为代表的光子晶体微纳陷光结构具有突破传统陷光结构Yablonovith极限的巨大潜力. 通常硅纳米线阵列可以用作太阳电池的增透减反层、轴向p-n结、径向p-n结. 针对以上三种应用, 本文运用有限时域差分(FDTD)法系统研究了硅纳米线阵列在 300-1100 nm 波段的光学特性. 结果表明, 当硅纳米线作为太阳电池的减反层时, 周期P=300 nm, 高度H=1.5 μm, 填充率(FR)为0.282条件下时, 反射率最低为7.9%. 当硅纳米线作为轴向p-n结电池时, P=500 nm, H=1.5 μm, FR=0.55条件下纳米线阵列的吸收效率高达22.3%. 硅纳米线作为径向p-n结电池时, 其光吸收主要依靠纳米线, 硅纳米线P=300 nm, H=6 μm, FR= 0.349 条件下其吸收效率高达32.4%, 进一步提高其高度吸收效率变化不再明显. 此外, 本文还分析了非周期性硅纳米线阵列的光学性质, 与周期性硅纳米线阵列相比, 直径随机分布和位置随机分布的硅纳米线阵列都可以使吸收效率进一步提高, 相比于周期性硅纳米线阵列, 优化后直径随机分布的硅纳米线阵列吸收效率提高了39%, 吸收效率为27.8%. 本文运用FDTD法对硅纳米线阵列的光学特性进行设计与优化, 为硅纳米线阵列在太阳电池中的应用提供了理论支持.     

一种新方法制备硅/聚(3, 4-乙撑二氧噻吩)核/壳纳米线阵列杂化太阳能电池

采用气相聚合法制备了有机/无机杂化的硅/聚3, 4-乙撑二氧噻吩核/壳纳米线阵列(SiNWs/PEDOT)太阳能电池. 相对平面结构Si/PEDOT太阳能电池, SiNWs/PEDOT太阳能电池的能量转换效率提升了7倍, 达到3.23%.对比分析反射光谱、I-V曲线及外量子效率的实验结果, 发现SiNWs/PEDOT太阳能电池性能改进的主要原因可归结为: 气相聚合法能够有效地制备出SiNWs/PEDOT电池的核/壳纳米线阵列结构, 使得器件具有高光捕获、高比结面积和高电荷收集效率. 关键词： Si/PEDOT核/壳纳米线结构 太阳能电池 气相聚合     

基于表面等离子体耦合的高密度金纳米线阵列

利用电化学沉积法在阳极氧化铝模板中制备了高长径比(20—100)金纳米线阵列,并用扫描俄歇电子显微镜对其结构进行了表征.紫外可见吸收光谱显示金纳米线的表面等离子共振包含横向吸收峰(transverse mode)和纵向吸收峰(longitudinal mode),具有很强的各向异性特征.纵向吸收峰的强度与入射光的偏振方向和入射角度有关,随着长径比的增加纵向吸收峰位置向高能方向移动.将纳米线之间的表面等离子体能量耦合与分子H聚合体的吸收光谱行为做了比较,认为相邻纳米线间的多重耦合使纵向吸收峰出现蓝移.利用有限元分析法模拟了电场在纳米线阵列和单根纳米线表面的不同分布.     

Pd颗粒表面修饰ZnO纳米线阵列的制备及其气敏特性

采用化学气相沉积(CVD)方法在SiO_2/Si衬底生长了ZnO纳米线阵列,纳米线长约为15μm,直径为100~500 nm。通过改变溅射沉积时间(0~150 s),在ZnO纳米线表面包覆了不同厚度的Pd薄膜。在Ar气氛中,经800℃高温退火后,制备出Pd颗粒表面修饰的ZnO纳米线阵列并对其进行了气敏测试。对于乙醇而言,所有传感器最佳工作温度均为280℃。溅射时间的增加(3~10 s)导致ZnO纳米线表面Pd纳米颗粒数量及尺寸增加,传感器响应值由2.0增至3.6。过长的溅射时间(30~150 s)将导致Pd颗粒尺寸急剧增大甚至形成连续膜,传感器响应度显著降低。所有传感器对H2均表现出相对较好的选择性,传感器具有较好的响应-恢复特性和稳定性。最后,探讨了Pd颗粒表面修饰对ZnO纳米线阵列气敏传感器气敏特性的影响机制。     

掺AlZnO纳米线阵列的光致发光特性研究

采用化学气相沉积方法，以金做催化剂，在Si (100)衬底上制备了掺AlZnO纳米线阵列.扫描电子显微镜(SEM)表征发现ZnO纳米线的直径在30nm左右.X射线衍射(XRD)图谱上只存在ZnO的(002)衍射峰，说明ZnO纳米线沿c轴择优取向.掺AlZnO纳米线阵列的室温光致发光(PL)谱中出现了3个带边激子发射峰：373nm，375nm，389nm.运用激子理论推算出掺AlZnO纳米线的禁带宽度为3.343eV ，束缚激子结合能为0.156eV；纯ZnO纳米线阵列PL谱中3个带边激子发射 关键词： 光致发光 化学气相沉积(CVD) 激子 ZnO纳米线阵列