發(fā)布時間：2021-01-14 08:21

　　為在新型太陽能電池等光電器件中應用ZnO納米結構,需要對ZnO納米結構陣列的幾何形貌及光電物理性質進行裁剪與操控。采用電化學沉積路線制備ZnO納米柱陣列,In（NO₃）₃與NH₄NO₃兩種鹽類被溶入在傳統(tǒng)Zn（NO₃）₂主電解液中。對ZnO納米柱陣列進行掃描電子顯微鏡、透射反射光譜、光致發(fā)光光譜測試,分析其形貌與光電物理性質。隨著引入的In（NO₃）₃濃度的增加,ZnO納米柱陣列的平均直徑隨之由57 nm減小至30 nm。同時ZnO納米柱的陣列密度也可降低,進而增大納米柱間距至41 nm。由于新的鹽類的引入,ZnO納米柱的光學帶隙由3.46 eV藍移至3.55 eV。隨著電解液中In（NO₃）₃的增加,ZnO納米柱的斯托克斯位移由198 meV減小至154 meV,ZnO納米柱中的非輻射復合可以得到一定程度的抑制。通過在主電解液中引入In（NO₃）... 

【文章來源】：發(fā)光學報. 2020,41(05)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

樣品1～5的掃描電子顯微鏡圖片

樣品2的NBE 1發(fā)射峰位于368.8 nm(3.362 eV),半高寬為12.3 nm。與樣品1比較,樣品2的NBE 1藍移了9 meV。樣品3的NBE 1峰位于369.9 nm(3.352 eV),半高寬為17.6 nm。樣品3的NBE 1與樣品1相近,表明NH4NO3的引入抑制了近帶邊發(fā)射的藍移。樣品4的NBE 1峰位于371.7 nm(3.336 eV),半高寬為15.5 nm。樣品5的NBE 1峰位于369.4 nm(3.356 eV),半高寬為13 nm。隨著電解液中In(NO3)3濃度的增加,樣品3～5的NBE 1半高寬逐漸減小。樣品2的NBE 2峰位于374.3 nm(3.313 eV),半高寬為31.3 nm。與樣品2相比,樣品3的NBE 1發(fā)射峰半高寬有所展寬。比較樣品3～5,隨著電解液中In(NO3)3濃度的增加,NBE 1發(fā)射峰半高寬逐漸窄化。圖5 樣品2～5的室溫光致發(fā)光光譜在300～470 nm范圍的高斯擬合結果

圖2為樣品1～5的透射光譜與反射光譜。由圖2可見,在樣品1中的可見光波段,光譜表現(xiàn)出干涉條紋圖形。如前所述,樣品1中的ZnO納米柱陣列的高密度排列形成間距為0的密排形貌,類似于納米柱互聯(lián)成的膜狀形貌,ZnO的折射率～1.9,結果導致干涉條紋圖形出現(xiàn)在樣品的透射與反射光譜之中。對于樣品2～5的光譜,隨著ZnO納米柱陣列密度的減小,干涉條紋效應逐漸減弱。具有較低陣列密度的ZnO納米柱陣列以亞波長結構在一定程度上抑制了干涉條紋效應。相比樣品1～4,樣品5呈現(xiàn)出最弱的干涉條紋效應,與樣品5的納米柱的較低陣列密度和較大間距的結果相一致。根據(jù)圖中可見光區(qū)及近紅外光區(qū)的透射率數(shù)據(jù),可見樣品1～5全部呈現(xiàn)較高的透射率。根據(jù)透射光譜數(shù)據(jù)進行加權平均計算,計算范圍為350～1 300 nm。未去除玻璃基底的影響下樣品1～5的加權透射率分別為80.0%、80.3%、80.9%、80.9%、82.1%,在太陽光譜范圍較高的透射率表明所制備的ZnO納米柱陣列適合應用于新型太陽能電池結構中。樣品1～5的透射率逐漸增大,這主要是由于如前所述ZnO納米柱的密度表現(xiàn)為逐漸降低趨勢,從而進一步加大了納米柱的間距。將納米柱膜層作為一個整體光學層考慮,空位所占的比例逐漸增大,使得納米柱膜的有效折射率得以降低,進而引起樣品的反射率降低。經(jīng)計算,樣品1～5的太陽光譜加權反射率分別為10.4%、10.3%、9.2%、9.1%、8.0%。樣品1～5的反射率減小趨勢與其透射率增加趨勢一致。樣品5具有最低的加權反射率與最大的加權透射率,這與前述樣品5中的ZnO納米柱陣列具有最低的密度及最大的間距的結果是一致的。根據(jù)透射光譜數(shù)據(jù)對可見光區(qū)進行加權平均計算,計算范圍為400～760 nm。樣品1～5的加權透射率分別為83.8%、83.7%、84.6%、84.7%、85.3%,加權反射率分別為10.9%、11.3%、9.5%、9.5%、8.6%。

【參考文獻】：
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