ZnO棒晶陣列的溶液生長與CuSCN空穴傳輸層和CuInS2光吸收層薄膜的電沉積.pdf

1、本論文的主要內(nèi)容是采用水溶液生長法和電沉積工藝研究基于ZnO棒晶陣列的NPC電池半導(dǎo)體薄膜的制備。ZnO棒晶陣列光陽極具有高比表面積的3D有序結(jié)構(gòu)和電子直接由棒晶傳輸?shù)酵怆姌O的優(yōu)點(diǎn)。為了能使ZnO棒晶陣列在電沉積中不受腐蝕傷害,研究中創(chuàng)新采用了中性或弱堿性的水基電沉積溶液。
　　 水溶液生長ZnO棒晶陣列采用了Zn(NO3)2/NH3·H2O和Zn(NO3)2/HMT生長體系,結(jié)構(gòu)與性能表征分析結(jié)果顯示,在90℃生長4h的情況下

2、得到了高度c軸取向的六方纖鋅礦單晶結(jié)構(gòu)的ZnO棒晶陣列。原生ZnO陣列室溫PL測試結(jié)果沒有出現(xiàn)特征紫外發(fā)光峰,而在414nm和493nm處存在缺陷發(fā)光,氬氣熱處理后出現(xiàn)了紫外發(fā)光。通過PEG和TEA對生長溶液的絡(luò)合改性,顯著改進(jìn)了生長溶液的穩(wěn)定性,調(diào)節(jié)了生長驅(qū)動力,ZnO棒晶陣列經(jīng)氬氣熱處理后在378nm處出現(xiàn)了較高的紫外發(fā)光峰,同時使缺陷發(fā)光消失。
　　 論文研究了弱堿性條件下p型CuSCN空穴傳輸層的電沉積。采用TEA絡(luò)合制

3、備出穩(wěn)定的弱堿性水基電沉積溶液,pH值為8.5～9。線性伏安掃描分析得出該電沉積溶液下合適的沉積電壓范圍為-200～-550mV,在-500mV制備出了致密度高,透光性好,禁帶寬度為3.88eV的p型CuSCN薄膜。研究也表明沉積電壓和溶液濃度的降低傾向于引起沉積晶粒生長不良,高溫沉積易出現(xiàn)銅的共沉積。
　　 在ZnO棒晶陣列上電沉積p-CuSCN的研究中,通過FESEM觀察CuSCN的成核與生長過程的時間演變,變溫下的不同形貌

4、,并結(jié)合不同基底上線性伏安掃描和變溫下ZnO基底上的瞬態(tài)電流密度的討論,提出了CuSCN在棒晶陣列上生長的能帶模型和熱活化沉積機(jī)理。CuSCN/ZnOrod互穿異質(zhì)結(jié)的電性能評價結(jié)果表明具有明顯的整流效應(yīng),沉積嵌入的CuSCN和ZnO之間形成了良好的電接觸界面結(jié)合。低沉積溫度下得到的異質(zhì)結(jié)電性能優(yōu)于高沉積溫度,0℃下的異質(zhì)結(jié)的理想因子為3.3,串聯(lián)電阻為130Ω,在±0.8V時的整流比為12.07。
　　 在CuInS2吸收層的

5、沉積研究中,通過添加絡(luò)合劑CitNa和TEA得到了穩(wěn)定的中性和弱堿性電沉積溶液,使用該沉積液制備出了致密的黃銅礦CuInS2薄膜,禁帶寬度為1.29eV～1.46eV。電沉積溶液的pH值對沉積物相影響顯著,導(dǎo)致沉積電位敏感。合適的沉積電位被限制在-1200mV的電位附近,低電位導(dǎo)致沉積物聚集不致密,而高電位會出現(xiàn)CuIn5S8雜相。使用弱堿性電沉積溶液成功在ZnO棒晶陣列上獲得了CuInS2的致密填充,得到的CuInS2/ZnOrod異