半透明Cu2O/ZnO异质结的制备及其光电性能研究

为研究具有更好材料稳定性的半透明薄膜太阳能电池,本文采用直流磁控溅射技术沉积氧化亚铜(Cu_2O)薄膜和氧化锌(ZnO)薄膜,制备了Cu_2O/ZnO异质结.使用扫描电镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、薄膜测定系统和太阳能模拟器,研究在不同氩/氧气体流量比的条件下制备的Cu_2O层对异质结的材料特性、光学特性及光电特性的影响.研究结果表明:在一定氩/氧气体流量比范围内制备的Cu_2O/ZnO异质结,在AM1.5的标准模拟太阳光的照射下具有一定的光电转换能力,可作为半透明太阳能电池的换能单元.     

Cu_2O/ZnO氧化物异质结太阳电池的研究进展

介绍了近年来低成本Cu_2O/ZnO氧化物异质结太阳电池方面的研究进展.应用于光伏器件的吸收层材料Cu_2O是直接带隙半导体材料,天然呈现p型;其原材料丰富,且对环境友好.Cu_2O/ZnO异质结太阳电池结构主要有平面结构和纳米线/纳米棒结构.纳米结构的Cu_2O太阳电池提高了器件的电荷收集作用;通过热氧化Cu片技术获得的具有大晶粒尺寸平面结构Cu_2O吸收层在Cu_2O/ZnO太阳电池应用中展现出了高质量特性.界面缓冲层(如i-ZnO,a-ZTO,Ga_2O_3等)和背表面电场(如p~+-Cu_2O层等)可有效地提高界面处能级匹配和增强载流子输运.10 nm厚度的Ga_2O_3提供了近理想的导带失配,减少了界面复合;Ga_2O_3非常适合作为界面层,其能够有效地提高Cu_2O基太阳电池的开路电压V_(oc)(可达到1.2 V)和光电转换效率.p~+-Cu_2O(如Cu_2O:N和Cu_2O:Na)能够减少器件中背接触电阻和形成电子反射的背表面电场(抑制电子在界面处复合).利用p型Na掺杂Cu_2O(Cu_2O:Na)作为吸收层和Zn_(1-x)Ge_x-O作为n型缓冲层,Cu_2O异质结太阳电池(器件结构:MgF_2/ZnO:Al/Zn_(0.38)Ge_(0.62)-O/Cu_2O:Na)光电转换效率达8.1%.氧化物异质结太阳电池在光伏领域展现出极大的发展潜力.     

磁控溅射法制备ZnO/YBCO异质结及电学特性

利用磁控溅射技术在YBCO上沉积ZnO薄膜,获得ZnO/YBCO异质结.测量其不同温度下的电学性质,样品显示良好的整流特性,并且随着温度的升高,ZnO/YBCO异质结电流逐渐增大.     

水热法制备In2O3/ZnO异质结及其高的光催化性能

采用简单的两步水热法合成了不同In₂O₃质量比的In₂O₃/ZnO异质结复合材料．通过X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见分光光度计(UV-vis)和扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的结构、形貌和性能进行了表征．同时还使用UV-vis分光光度计测试了异质结降解罗丹明B(RhB)的光催化活性．实验结果表明,与纯ZnO和In₂O₃相比,In₂O₃的引入将ZnO的吸收光谱扩展到可见光区域,从而提高了其光生电子和空穴的分离．此外,In₂O₃/ZnO异质结在可见光照射对RhB具有较高的光催化活性．5 wt%-In₂O₃/ZnO异质结对RhB的降解率为84.3%,且具有良好的光催化稳定性．In₂O₃/ZnO异质结复合材料在有机染料废水的降解中有更广阔的应用前景．     

电泳法制备ZnO/YBCO异质结及电学性质研究

采用电泳方法及高温煅烧工艺制备ZnO/YBCO异质结,XRD图谱显示ZnO具有c轴方向的择优取向。在SEM的截面图中可观察到ZnO与YBCO结合致密,放大500倍的表面形貌图呈现织构(textured)的微结构特征,放大5000倍的表面形貌图中可观察微米量级的六方晶粒。通过对ZnO/YBCO异质结的电学性质进行测试,结果显示整流特性。     

ZnO/ZnMgO异质结场效应管的制备与性能研究

利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,在ZnO/ZnMgO异质结构上制备SiO₂作为栅绝缘层,采用光刻与腐蚀工艺制备ZnO/ZnMgO异质结场效应管。电学性能测试及计算结果表明器件栅压调控作用明显。发现栅端漏电流对器件性能造成一定影响。在低温条件下,栅绝缘层产生钝化,从而能够改善器件的性能。     

用卢瑟福背散射/沟道技术研究ZnO/Zn0.9 Mg0.1 O/ZnO异质结的弹性应变

利用卢瑟福背散射/沟道技术对射频等离子体辅助分子束外延法生长在蓝宝石衬底上的ZnO/Zn0.9Mg0.1O/ZnO异质结进行了组分分析,并得到了异质结弹性应变随深度的变化,应变由界面向表面逐渐释放,并由负变正,且在ZnO与Zn0.9Mg0.1O界面处轻微增大.负的应变是由于ZnO与衬底的晶格失配和热失配,而逐渐变为正值是Zn0.9Mg0.1O与ZnO的晶格常数差异及弹性应变的逐渐释放所致.     

氧化锌/金刚石薄膜异质结紫外光探测器

采用射频磁控溅射法在p型自支撑金刚石衬底上制备了高度c轴取向的n型氧化锌薄膜.研究了不同的溅射功率对氧化锌薄膜质量的影响.通过半导体特性分析系统测试了氧化锌/金刚石异质结的电流-电压特性,结果显示该异质结二极管具有良好的整流特性,开启电压约为1.6 V.在此基础上制备了结型紫外光探测器,并对其光电性能进行了研究.结果表...     

异质结型CuO/ZnO复合纳米线的制备及光催化性能

在室温下,通过溶液法在Cu衬底上制备了CuO纳米线,然后采用溶剂热法在CuO纳米线表面生长ZnO纳米颗粒以构建CuO/ZnO复合纳米线异质结构.利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪和X射线光电子能谱分析了样品的形貌、结构和元素组成.结果显示CuO/ZnO复合纳米线由ZnO纳米颗粒和CuO纳米线组成.在模拟太阳光照射下,...     

ZnO/Cu_2O异质结纳米阵列制备及光催化性能

利用湿化学法在FTO玻璃基底上制备了高度规整的ZnO纳米棒阵列(ZnO NRAs),以此为衬底,采用磁控溅射法在ZnO NRAs表面沉积Cu_2O薄膜。分别用X射线衍射仪、X射线光电子能谱、扫描电镜、光致光谱、紫外可见分光光度计和电化学工作站对样品的物相、形貌、吸收光谱、光电性能进行了表征,用甲基橙(MO)模拟有机物废水研究复合材料的光催化性能。结果表明:ZnO纳米棒为六方纤锌矿结构,其直径约为80~100 nm,长约2~3μm,棒间距约100~120 nm。立方晶系的Cu_2O颗粒直径约为100~300 nm,形成致密膜层并紧密覆盖在ZnO NRAs表面上,构成ZnO/Cu_2O异质结纳米阵列(ZnO/Cu_2O HNRAs)结构。与纯ZnO NRAs和Cu_2O相比,ZnO/Cu_2O HNRAs在可见光范围内的吸收显著增强,吸收波长向可见光方向偏移。ZnO/Cu_2O HNRAs的载流子传递界面的电荷转移速度快,有效促进了光生电子和空穴的分离。在紫外-可见光照射65 min后,ZnO/Cu_2O HNRAs的降解效率为94%,分别是纯ZnO NRAs和Cu_2O的18倍和1.7倍。     

柔性ITO衬底电化学沉积制备Cu/Cu2O薄膜

研究了使用电化学沉积法于碱性条件下在柔性ITO衬底上制备Cu/Cu₂O薄膜的方法。循环伏安曲线表明Cu₂O与Cu的阴极峰分别位于-500 mV(vs Ag/AgCl)和-800 mV(vs Ag/AgCl)附近。利用循环伏安法考察了生长温度和电解液pH值等对Cu₂O与Cu阴极峰电位的影响,阴极峰随生长温度的升高以及pH值的降低而略向阳极移动,沉积电流也随之相应增大。与弱酸性条件相比,上述两个阴极峰随pH值升高而移动的程度明显减小,这可能与碱性条件下C₃H₆O电离程度增大以及C₃H₆O根作为配体的过量程度有关。通过X射线衍射光谱和扫描电子显微镜的表征证实,在所研究的生长温度区间和pH值内可利用电化学沉积法在柔性ITO衬底上制备Cu/Cu₂O纳米混晶薄膜。在相同的生长温度和pH条件下,电化学沉积电位对样品表面形貌和晶体性质具有较大影响。     

ZnO/P-Si异质结的光电特性研究

利用脉冲激光沉积方法在P-Si(100)衬底上生长ZnO薄膜,制备ZnO/P-Si异质结,研究衬底温度对异质结光电特性的影响.结果表明,在400℃,500℃,550℃和600℃下生长ZnO制备的异质结都有一定的整流特性,反向暗电流随着衬底温度的升高略有增加,在550℃下制备的样品具有最明显的光电效应.ZnO/P-Si异质结对可见光和紫外光呈现出不同的响应性.在可见光照射下,光电流随反向偏压急剧增大,偏压增大到某一值时,光电流增速变小,而在紫外光下,光电流有逐渐增大的趋势.根据ZnO的透射谱认为,可见光和紫外光是异质结不同的耗尽区诱导电子-空穴对产生光电流的.     

ZnO薄膜的掺杂及其结型材料的研究进展

ZnO薄膜作为一种多用途的半导体材料，一直受到国内外学术界的广泛关注，尤其是自1997年发现ZnO薄膜的室温紫外光发射以来，ZnO薄膜的制备及其光电子特性的研究成为新的研究热点，几年来，研究进展非常迅速，巳报道了结型电致发光器件和光电探测器件的初步研究结果，文章结合作者的工作，综述了目前国内外对ZnO薄膜的掺杂以及ZnO异质结和同质p-n结制备方面的研究状况。     

N2掺杂p型ZnO及ZnO同质p-n结LED的制备

采用射频等离子体辅助分子束外延方法,以N₂作为掺杂源,以O₂作为辅助分解的气体和氧源,通过等离子体光谱的实时监测来控制掺杂源中各组分的含量,制备了p型ZnO薄膜及同质p-n结。I-V曲线显示该p-n结具有整流特性,直流驱动下获得了稳定的室温电致发光,包括位于420nm附近的发光峰和500~700nm的发光带。     

第一性原理研究O2和H2O在ZnO (101 ̅0)表面上的吸附行为

运用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法研究了O2和H2O单分子在ZnO (101 ̅0)表面上的吸附行为。吸附位点主要考虑了表面的Zn顶位和Zn桥位,同时也考虑了其它可能的吸附行为。对于O2在ZnO (101 ̅0)表面上的吸附设计了9个模型,H2O在ZnO (101 ̅0)表面上的吸附设计了12个模型。通过形成能计算发现,O2在表面上的吸附为正值,H2O的吸附为负值。O2和H2O单分子在表面上发生分子吸附,未见解离形态。对于O2吸附最稳定的结构是O2分子与表面相邻的Zn原子形成了Znslab1-Oads1-Oads2-Znslab2桥连键。其它较为稳定的结构是Oads1原子迁移到下一个表面重复晶胞的O原子位置附近,在表面上形成了Znslab1-Oads1键,同时Oads2原子扩散至表面沟渠上方。对于H2O吸附,不论以何种方式吸附结构都比较稳定。其中最稳定的构型是Oads迁移到下一个表面重复晶胞的O原子位置附近,形成了Znslab1-Oads键以及Oslab3-H氢键。另外较稳定的构型是Oads迁移到ZnO (101 ̅0)表面台阶上方,形成了Znslab1-Oads键以及Oslab1-H氢键。