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《zno納米棒薄膜的制備與性能研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、濟(jì)南大學(xué)碩十學(xué)位論文摘要氧化鋅(ZnO)是一種寬禁帶直接帶隙II_VI族的具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功能材料，室溫下禁帶寬度EgY93．37eV，激子束縛能高達(dá)60meV，并具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性及優(yōu)良的抗氧化、耐潮、耐高溫性能，使得它成為一種很有前途的紫外光電子器件材料。ZnO納米材料特別是高度取向排列的ZnO納米棒薄膜，具有獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)性能和大比表面積等優(yōu)點(diǎn)，在發(fā)光、催化、壓電傳感器、氣體傳感器和太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。因此，采用水熱法這種設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，并能制備形貌可控、均勻性好的溶液化學(xué)法制備ZnO納米棒薄膜，具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。ZnO薄膜不僅具有
2、良好的載流子擴(kuò)散導(dǎo)電性，而且從近紫外到紅外波段都具有非常高的透過率。它不但可光伏器件的透明窗口，而且可以作為一種n型半導(dǎo)體材料與P型半導(dǎo)體材料制備成為異質(zhì)結(jié)構(gòu)。由于ZnO基異質(zhì)結(jié)前后兩種材料的禁帶寬度不同，利用這種窗口效應(yīng)可以提高入射光的收集效率，理論上可以獲得比同質(zhì)結(jié)電池高很多的轉(zhuǎn)換效率。CuSCN具有較高的電荷傳輸性能和穩(wěn)定性、合適的禁帶寬度，透光性好等特點(diǎn)，可以通過電化學(xué)沉積方法組裝ZnO／CuSCN異質(zhì)結(jié)用于光伏器件的研究。本論文主要內(nèi)容以及創(chuàng)新點(diǎn)如下：1、兩步法制備ZnO納米棒薄膜(1)第一步首先利用溶膠凝膠法在玻璃基底上制備了一層(002)擇優(yōu)取向、均勻致密的
3、ZnO種子層薄膜。制備ZnO種子層薄膜的最佳工藝：溶膠濃度為0．5mol／L、旋涂速度為4500r／min、預(yù)熱處理溫度為250"cOomin)，然后快速升溫至500。C(20min)的后退火工藝。制備的ZnO種子層薄膜表面均勻平整度好，粗糙度不到1nlTI，晶粒的平均直徑大約為40nlTI。研究了單層(002)取向擇優(yōu)的ZnO種子層薄膜的對(duì)后續(xù)ZnO納米棒直立性、直徑、長(zhǎng)度等形貌的影響。(2)第二步利用水熱法在ZnO種子層基底上生長(zhǎng)ZnO納米棒。采用HMT作為釋氨劑時(shí)，研究了生長(zhǎng)溶液pH、ZnO納米棒外延生長(zhǎng)初期對(duì)ZnO納米棒最終形貌的影響機(jī)理，探索出制備形貌可控的Zn
4、O納米棒薄膜的最佳工藝。最終在60mL單位溶液中添加1．9mLPEI，溶液pH為8．0的條件下，95℃生長(zhǎng)4h，制備得到了(002)高度擇優(yōu)、直徑為80nm，長(zhǎng)度約為6岬的ZnO納米棒薄膜。該實(shí)驗(yàn)是對(duì)我們前期工作的一個(gè)突破。IIIZnO納水棒薄膜的制備與。r￡能研究(3)在第二步中改用尿素作為釋氨劑，研究了生長(zhǎng)溶液在水熱過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)以及中間產(chǎn)物堿式碳酸鋅的形成條件。通過添加聚乙烯亞胺，首次通過采用尿素作為釋氨劑直接在溶液中制備了ZnO納米棒薄膜。在單位60mL0．05mol／L生長(zhǎng)液中添加3．5mLPEI，95℃生長(zhǎng)4h制備得到了直徑約80nln，長(zhǎng)度約為1．2岬
5、的ZnO納米棒薄膜。2、電化學(xué)沉積法制備CuSCN／ZnO異質(zhì)結(jié)及其整流性能測(cè)試(1)配制穩(wěn)定的Cu2+及SCN。的水基電沉積溶液，需要滿足在ZnO納米棒薄膜上沉積CuSCN薄膜而不至于溶解ZnO的要求。研究了CuSCN薄膜的電化學(xué)沉積工藝。得到了最佳的制備CuSCN薄膜的溶液組成：即Mcu2+：MDEA：MSCN。為1：5：1、Cu2+濃度為o．02mol／L。當(dāng)在電沉積電位為．1．0V，20℃溫度下沉積30分鐘后，制備出的CuSCN薄膜晶粒細(xì)小，致密度較高，在可見光區(qū)具有較好的透光性，是一種具有增透性的CuSCN薄膜。薄膜的平均粒徑約為100Bin，薄膜的光學(xué)帶隙為3
6、．9eV。(2)研究采用改變?nèi)芤簼舛?、沉積電壓、沉積溫度等工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)CuSCN在ZnO納米棒薄膜中的充分填充。利用XRD、SEM和FESEM來(lái)表征ZnO／CuSCN異質(zhì)結(jié)，分析各種因素對(duì)異質(zhì)結(jié)界面接觸程度的影響，并制備出具有較高整流性能的異質(zhì)結(jié)。結(jié)果表明，界面接觸致密的ZnO／CuSCN異質(zhì)結(jié)的沉積工藝為在沉積溫度為15℃下沉積25分鐘，然后在35℃下沉積95分鐘以上。其中沉積CuSCN薄膜2個(gè)小時(shí)和3個(gè)小時(shí)制備的異質(zhì)結(jié)分別具有190和220的高整流比，表明CuSCN薄膜在ZnO納米棒薄膜上的完全填充，異質(zhì)結(jié)具有優(yōu)良的整流特性。關(guān)鍵字：ZnO納米棒，尿素，異質(zhì)結(jié)，水熱法，
7、電化學(xué)沉積法IV濟(jì)南人學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractAsawidebandgapsemiconductor誦tllwurtzitecrystalstructure，ZnOisapromisingI卜VIgroupsemiconductorfunctionalmaterial．Ithasattractedmuchattentionforits、枋dedirectbandgap(3．37eV)andlargeexcitonbindingenergy(60meV)atroomtemperature，whicharehighertha
