超高遷移率p型CdS納米線-表面電荷轉(zhuǎn)移摻雜及其光伏器件.pdf

1、低維半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)特性,吸引了廣泛的研究興趣。CdS作為一種重要的II-VI族直接帶隙半導(dǎo)體,室溫下的禁帶寬度為2.42eV,在光電子器件方面有著廣闊的應(yīng)用前景。而摻雜是半導(dǎo)體材料應(yīng)用于器件的關(guān)鍵前提,因此CdS的n型摻雜已經(jīng)被諸多學(xué)者研究并得以實(shí)現(xiàn)。但是,由于受到自補(bǔ)償效應(yīng)的影響,CdS的p型摻雜問題至今得不到解決,所以關(guān)于CdS的p型摻雜的研究亟待展開。
　　本文根據(jù)表面電荷轉(zhuǎn)移摻雜的方法,系統(tǒng)地研究了Cd

2、S納米線p型摻雜的問題。此外,結(jié)合微納加工工藝,我們構(gòu)建了基于p型CdS納米線的同質(zhì)結(jié)、異質(zhì)結(jié)光伏器件,并對(duì)其電學(xué)、光學(xué)等方面的性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究。具體研究成果如下:
　　1、采用表面電荷轉(zhuǎn)移摻雜的方式,在CdS納米線表面包裹MoO3薄層,國際上首次制備了高質(zhì)量的p型CdS納米線。通過對(duì)納米線底柵場效應(yīng)晶體管器件的電學(xué)測試得到,包裹MoO3薄層后,CdS納米線從原來的弱n型電導(dǎo)轉(zhuǎn)變成p型電導(dǎo),電阻從3.3×1011Ω降至4.7×

3、103Ω,降幅達(dá)到了7個(gè)數(shù)量級(jí)以上,而空穴遷移率更是令人驚奇地高達(dá)2035cm2V-1s-1。多樣品、長時(shí)間、低溫下等各方面的測試表明,所制備的p型CdS納米線重復(fù)性好,穩(wěn)定性強(qiáng)。
　　2、采用微納加工工藝,合理地構(gòu)建了單根CdS納米線同質(zhì)結(jié)光伏器件。經(jīng)過類似前面的測試發(fā)現(xiàn),通過表面電荷轉(zhuǎn)移摻雜,n型CdS:Ga納米線也能轉(zhuǎn)變成為p型CdS納米線。在此基礎(chǔ)上,我們制備了單根CdS納米線同質(zhì)結(jié)器件。電學(xué)測試表明,所制備的單根CdS納

4、米線同質(zhì)結(jié)器件表現(xiàn)出了良好的整流特性,從-2V到2V,整流比高達(dá)1.6×102,開啟電壓為1.0V,而在低正向偏壓下的理想因子為2.8。同時(shí),所制備同質(zhì)結(jié)器件展示出了良好的光伏性能。在約1.5mW·cm-2的白光照射下,所制備的納米同質(zhì)結(jié)光伏器件的開路電壓(VOC)和短路電流密度(JSC)分別為0.10V和of0.72mA·cm2,而填充因子為35.23％,由此而最終算得光電轉(zhuǎn)換效率為1.65%。
　　3、開發(fā)了p型CdS納米線的

5、異質(zhì)結(jié)器件應(yīng)用。在前面實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,我們制備了p型CdS納米線/n型Si異質(zhì)結(jié)器件。經(jīng)過電學(xué)測試和分析表明,所制備的異質(zhì)結(jié)器件的整流特性良好,從-1.5V到1.5V,整流比高達(dá)2.3×102,正向開啟電壓為0.7V。在低正向偏壓下,可推算得理想因子為2.4。有意義的是,p型CdS納米線/n型Si異質(zhì)結(jié)器件也展示了良好的光伏性能:在1.5mW·cm-2白光照射下,開路電壓(VOC)和短路電流密度(JSC)分別達(dá)到了0.15V和of0.52