论文部分内容阅读
ZnO一维纳米材料因其优异的光电性质成为当前ZnO材料研究中的热点之一。利用纳米生长技术使光学活性半导体生长为纳米柱阵列,从而制备异质结太阳能电池是一种具有潜在应用前景的构思。此种异质结太阳能电池具有优良的光伏效应,且制作工艺简单,制备温度较低,使其具有巨大的工业化应用前景。本论文在Si基片上以聚苯乙烯(PS)微球阵列为模板,旋涂制备ZnO晶种层,然后利用水热法制备出高质量ZnO纳米棒及其阵列结构,并对ZnO纳米棒的形貌以及ZnO/Si异质结结构的光电性质进行了研究,对ZnO基异质结型光伏器件做了初步的探索。具体研究内容如下:
(1)采用两步水热法来制备ZnO一维纳米结构。首先在Si基片上采用旋涂法制备一层PS微球模板,再采用溶胶——凝胶法在PS模板上旋涂一层ZnO晶种层;然后以硝酸锌与六次甲基四胺作为反应溶液,在涂覆了ZnO晶种层的Si片上制备出形貌为六棱柱、端面平整的ZnO纳米棒阵列,并通过改变工艺参数,如溶液浓度,晶种层以及PS模板的使用等,来研究各参数对ZnO纳米棒形貌的影响。研究结果表明,随着反应液浓度的增加,ZnO纳米棒的直径也将增大;延长水热反应时间,纳米棒的长度显著增加。同时,由于ZnO晶种层的引入提高了ZnO纳米棒阵列的取向性和规整度。优化参数:溶液浓度为0.05M、反应时间为6h以及ZnO晶种层的采用。
(2)对ZnO纳米棒阵列进行XRD、SEM表征,结果表明制备的纳米棒结晶质量比较高,具有较好的取向性,PS模板的采用有利于ZnO纳米阵列的竖直取向。规整度高的PS模板能够用于制备周期性排布的ZnO晶种阵列,从而有利于ZnO纳米棒的一致取向。然后对纳米阵列的疏水性进行表征,表明制备的ZnO纳米薄膜具有较好的疏水性,并且探讨了纳米棒阵列的致密度与薄膜疏水性的关系。结果表明,随着ZnO纳米棒密度的降低,棒与棒之问的空隙增加、空气的比例上升,导致纳米棒阵列的水接触角增大。
(3)制备了ZnO纳米棒/Si异质结构光伏器件。通过测量反射率、伏安特性曲线和吸收光谱曲线,对制备的ZnO纳米棒/n-Si异质结型太阳能电池器件的光电转化性能进行了测试研究。测试结果表明开路电压和短路电流的提高与纳米棒阵列排列取向有关,取向一致、有序排列的ZnO一维纳米阵列结构有利于载流子输运能力和光电转换能力的提高。同时测得器件反射率为5%,光电转化率为1.23%,填充因子为62%。