ZnSe纳米线阵列/黑硅异质结的制备及其光电性能研究

摘要

黑硅是一种表面经过处理的硅材料，与普通硅相比其最突出的优点是超高的吸收率，黑硅在可见光波段的吸收率能达到80％以上。硒化锌(ZnSe)是一种重要的Ⅱ-Ⅵ族宽禁带半导体，室温下禁带宽度为2.7 eV，其在光电探测、光伏以及发光器件方面均具有重要的应用。纳米异质结是纳米光电子器件的基本构成部分，所以构建黑硅和硒化锌异质结并提高其性能具有重要研究意义。此项研究中，我们报道了通过在黑硅上直接生长P型硒化锌纳米线来构建ZnSeNWs/Black Si异质结的方法以及基于此制备的器件在光电探测方面的应用，取得成果主要如下:
　　1、通过金属辅助刻蚀的方法成功刻蚀出了金字塔形和塔锥表面具有硅纳米柱的黑硅，其中硅片表面的金字塔形硅锥大小为5-8μm且排列紧密、形貌均匀统一，硅锥表面的纳米柱能达到300 nm左右，刻蚀的黑硅在可见光波段的吸收率能达到95％以上。
　　2、选取Sb作为P型掺杂源，黑硅作为沉积衬底，通过化学气相沉积(CVD)的方法成功合成了ZnSe∶ Sb纳米线。获得的纳米线为单晶闪锌矿结构，形貌均匀。
　　3、在生长了ZnSeNWs黑硅的顶部转移一层石墨烯做为电极构建器件，器件显示出了卓越的器件性能。在模拟太阳能的光照下，器件显示了良好的光伏效果，其中填充因子和转换效率分别可以达到25％和1.06％。因为带宽匹配和黑硅有很好的陷光效应的缘故，器件对光尤其在蓝紫光波段有很好的吸收即光谱选择性。即使蓝紫光的斩波频率在1 kHz-100 kHz范围内变化时，器件仍然能够展示出稳定可靠而且敏锐的感应效果。此外，器件显示了较小的NEP值，这说明器件能较好的排除细微噪声的干扰从而对蓝紫光有很好的探测效果。
　　4、接着分别用银纳米颗粒修饰的黑硅和使用金属辅助刻蚀法制备的大面积垂直排列的硅纳米线阵列与石墨烯制备了肖特基结器件。器件由于SPR效应和陷光效应的原因，显示了优于类似材料器件的性能。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪言

1．1 太阳能电池简介

1．1．1 太阳能电池研究发展的背景

1．1．2 硅太阳能电池

1．1．3 纳米结构光伏材料在太阳能电池上的应用

1．2 黑硅在太阳能电池上的应用

1．2．1 黑硅的制备方法

1．2．2 黑硅的性能研究

1．3 半导体光电探测器简介

1．3．1 光电探测器的分类

1．3．2 PN结型光电探测器

1．4 本论文主要的研究内容

第二章 实验所用设备与药品

2．1 实验设备

2．1．1 纳米材料的合成设备

2．1．2 纳米材料的表征设备

2．1．3 器件的表征设备

2．2 实验所用药品

第三章 ZnSeNWs／Black Si异质结的制备及表征

3．1 引言

3．2 ZnSeNWs／Black Si异质结的制备和表征

3．2．1 黑硅的制备和表征

3．2．2 p型ZnSe：Sb纳米线的合成

3．2．3 ZnSe：Sb纳米线的表征

3．3 本章小结

第四章 ZnSeNWs／Black Si异质结器件的构建及电学表征

4．1 引言

4．2 ZnSeNWs／Black Si异质结器件的构建

4．2．1 多层石墨烯的合成和转移

4．2．2 制备ZnSeNWs／Black Si异质结器件

4．2．3 基于ZnSeNWs／Black Si异质结器件的电学表征

4．3 本章小结

第五章 Ag颗粒修饰的黑硅以及硅阵列与石墨烯肖特基结的制备及电学表征

5．1 引言

5．2 黑硅修饰银纳米颗粒后与石墨烯肖特基结器件的构造和电学表征

5．2．1 银纳米颗粒的合成

5．2．2 黑硅修饰银纳米颗粒

5．3 硅纳米阵列与石墨烯肖特基结器件的构造和电学表征

5．3．1 硅纳米阵列的刻蚀

5．3．2 硅纳米阵列的表征

5．3．3 硅纳米阵列与石墨烯肖特基结器件的电学表征

5．4 本章小结

第六章 全文总结

参考文献

攻读硕士学位期间的学术成果