孔诱导一维硒化镉纳米线阵列可控合成及其光伏应用的研究

摘要

一维半导体纳米线阵列结构在电子、光电子、能源等领域具有重要的应用前景，在近年受到人们的广泛关注。目前制备一维半导体纳米阵列主要采用同质/异质外延和模板法这两种方法，但在外延法中获得晶格匹配的衬底较为困难，而模板法得到纳米阵列的结晶质量较差，这些因素限制了半导体纳米线阵列的实际应用。因此发展一种通用、低成本的半导体单晶纳米线阵列的合成方法对于促进其应用具有重要意义。在此论文工作中，我们发展了一种纳米孔诱导的硒化镉（CdSe）纳米线阵列的合成方法，此方法具有通用性，适合一系列半导体纳米线阵列的生长。具体研究内容如下：
　　(1)我们对衬底表面形貌依赖的CdSe纳米结构生长进行了细致研究，通过控制生长条件，实现了CdSe纳米线、带、梳等纳米结构，以及CdSe纳米花等阵列结构的控制生长。通过上述实验，发现硅衬底表面图案化对CdSe纳米结构控制生长具有很大影响，通过控制硅衬底形成柱和孔阵列结构，CdSe纳米结构倾向以阵列形式生长。
　　(2)进一步利用电化学刻蚀得到的多孔硅作为生长基底，在无需催化剂的情况下，合成了高度有序的CdSe纳米线阵列。通过利用多孔硅高的表面能，促进在生长初期CdSe大的微米晶粒在孔表面成核，形成一层微米晶粒缓冲层。在后继生长中，这层缓冲层可以作为CdSe纳米线的外延基底，实现了高度有序CdSe纳米线阵列的生长。而且此方法可以拓展至其它各类型II-VI族半导体纳米线阵列的生长，证明其具有一定普适性。为证明CdSe纳米线阵列的应用可能，我们制备了基于n型CdSe纳米线阵列和p型硅基底的异质结光伏电池，初步转换效率达到0.43%。
　　(3)通过以CdSe纳米线阵列作为生长模板，在多孔硅衬底上，一步法制备了大面积SiO2纳米管，并对SiO2纳米管的生长机理进行了研究。进而使用原子层沉积（ALD）方法在SiO2纳米管的表面沉积CdS薄膜，得到表面光滑，直径均匀的CdS纳米管，并对CdS纳米管的光学性能进行了详细表征。
　　通过本论文的研究，证明利用硅衬底表面图案化可以实现CdSe纳米线阵列的大面积生长，相关研究有望拓展到其它各类型半导体纳米线阵列的合成，对于促进半导体纳米线阵列在光伏、发光等纳米电子、光电子领域的应用具有重要意义。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 纳米材料

1.3 II-VI一维纳米结构的制备方法

1.4 II-VI族纳米结构阵列的制备方法

1.5 II-VI族纳米线阵列的应用

1.6 本课题的研究内容及研究意义

第二章 实验设备与测试表征手段

2.1 材料制备合成的实验仪器及实验方法

2.2 材料的测试和表征

第三章 硅衬底表面图案化调控

3.1 引言

3.2 实验

3.3 结果与讨论

本章小结

第四章 孔诱导法生长CdSe纳米线阵列及其光伏应用

4.1 引言

4.2 实验

4.3 结果和讨论

本章小结

第五章 模板法合成CdS纳米管及其光学表征

5.1 引言

5.2 实验

5.3 结果和讨论

本章小结

第六章 结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢