超高迁移率p型CdS纳米线:表面电荷转移掺杂及其光伏器件

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rtpy1015
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低维半导体纳米结构具有优异的电学、光学特性,吸引了广泛的研究兴趣。CdS作为一种重要的II-VI族直接带隙半导体,室温下的禁带宽度为2.42eV,在光电子器件方面有着广阔的应用前景。而掺杂是半导体材料应用于器件的关键前提,因此CdS的n型掺杂已经被诸多学者研究并得以实现。但是,由于受到自补偿效应的影响,CdS的p型掺杂问题至今得不到解决,所以关于CdS的p型掺杂的研究亟待展开。本文根据表面电荷转移掺杂的方法,系统地研究了CdS纳米线p型掺杂的问题。此外,结合微纳加工工艺,我们构建了基于p型CdS纳米线的同质结、异质结光伏器件,并对其电学、光学等方面的性能进行了详细的研究。具体研究成果如下:1、采用表面电荷转移掺杂的方式,在CdS纳米线表面包裹MoO3薄层,国际上首次制备了高质量的p型CdS纳米线。通过对纳米线底栅场效应晶体管器件的电学测试得到,包裹MoO3薄层后,CdS纳米线从原来的弱n型电导转变成p型电导,电阻从3.3×1011降至4.7×103,降幅达到了7个数量级以上,而空穴迁移率更是令人惊奇地高达2035cm2V-1s-1。多样品、长时间、低温下等各方面的测试表明,所制备的p型CdS纳米线重复性好,稳定性强。2、采用微纳加工工艺,合理地构建了单根CdS纳米线同质结光伏器件。经过类似前面的测试发现,通过表面电荷转移掺杂,n型CdS:Ga纳米线也能转变成为p型CdS纳米线。在此基础上,我们制备了单根CdS纳米线同质结器件。电学测试表明,所制备的单根CdS纳米线同质结器件表现出了良好的整流特性,从-2V到2V,整流比高达1.6×102,开启电压为1.0V,而在低正向偏压下的理想因子为2.8。同时,所制备同质结器件展示出了良好的光伏性能。在约1.5mW cm-2的白光照射下,所制备的纳米同质结光伏器件的开路电压(VOC)和短路电流密度(JSC)分别为0.10V和of0.72mA cm2,而填充因子为35.23%,由此而最终算得光电转换效率为1.65%。3、开发了p型CdS纳米线的异质结器件应用。在前面实验的基础上,我们制备了p型CdS纳米线/n型Si异质结器件。经过电学测试和分析表明,所制备的异质结器件的整流特性良好,从-1.5V到1.5V,整流比高达2.3×102,正向开启电压为0.7V。在低正向偏压下,可推算得理想因子为2.4。有意义的是,p型CdS纳米线/n型Si异质结器件也展示了良好的光伏性能:在1.5mW·cm-2白光照射下,开路电压(VOC)和短路电流密度(JSC)分别达到了0.15V和of0.52mA·cm-2,而经过推算得填充因子(FF)为19.2%,光电转换效率(η)为0.99%。
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