石墨烯薄膜的光电性能研究

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石墨烯是一种由碳原子组成的蜂窝状结构的新材料。由于其独特的结构和诸多优良的性能使其成为科学研究的热点。石墨烯质轻,导电性强,光学性能显著,在微纳米电子器件,光电子器件等方面有着广泛的应用前景。尤其是石墨烯具有极高的电子迁移率,电子穿过石墨烯时,大约是硅迁移率的100倍。石墨烯还具有超强的硬度和高度的透明度。利用石墨烯膜高度的透明性可制作代替金属氧化物的电极以应用于光伏领域。但是,石墨烯相对非共价功能化碳纳米管而言,被认为是一种零隙的半导体,在可见光范围内,光学跃迁表现不明显,因此限制了表征技术。本文主要针对石墨烯的这个特点,深入研究了石墨烯薄膜的制备工艺及石墨烯薄膜器件的光电性能。本文采用单一变量的探究方法,结合光学显微镜、XPS分析、以及FT-IR等的表征方法探究石墨烯薄膜器件的最佳参数。最后得出:超声时间14h、超声功率60%、溶剂选择去离子水、GO浓度0.2mg/ml、厚度中氧化石墨烯(GO)容量0.02m1、热处理温度900℃、电极厚度在300nm-400nm之间、电极材料Ti—Cu—Ti为最佳参数。本文采用的还原方法主要是热还原法。研究表明,随着还原温度的增加,还原后GO样片透过率依次增大,而且涂层结构与还原前相比有很大的改观。通过光学显微镜、XPS和FT-IR等分析工具得出还原氧化石墨烯(RGO)中的O-C=O键、C-O键和C=O键的含量随温度的增加依次减少。碳氧比依次增大,最后达到8.9。最后,研究了最佳工艺参数下得到的RGO的光电响应及Ⅰ-Ⅳ特性曲线,分析石墨烯薄膜的光电性能。结果表明,制备的石墨烯在可见光下产生光电流,光电流远远大于暗电流,而且在632.8nm激光下产生的光电流大于532nm激光下产生的光电流。在3V电压下,光电流最大值达到72uA,暗电流最大达到43uA。
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