為在新型太陽(yáng)能電池等光電器件中應(yīng)用ZnO納米結(jié)構(gòu),需要對(duì)ZnO納米結(jié)構(gòu)陣列的幾何形貌及光電物理性質(zhì)進(jìn)行裁剪與操控。采用電化學(xué)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(duì)ZnO納米柱陣列進(jìn)行掃描電子顯微鏡、透射反射光譜、光致發(fā)光光譜測(cè)試,分析其形貌與光電物理性質(zhì)。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(shí)ZnO納米柱的陣列密度也可降低,進(jìn)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(xué)帶隙由3.46 eV藍(lán)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(fù)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(xué)報(bào). 2020,41(05)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【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(lán)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(lán)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(jié)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(jié)果導(dǎo)致干涉條紋圖形出現(xiàn)在樣品的透射與反射光譜之中。對(duì)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(yīng)逐漸減弱。具有較低陣列密度的ZnO納米柱陣列以亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)在一定程度上抑制了干涉條紋效應(yīng)。相比樣品1～4,樣品5呈現(xiàn)出最弱的干涉條紋效應(yīng),與樣品5的納米柱的較低陣列密度和較大間距的結(jié)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(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算,計(jì)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(quán)透射率分別為80.0%、80.3%、80.9%、80.9%、82.1%,在太陽(yáng)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(yīng)用于新型太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)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(shì),從而進(jìn)一步加大了納米柱的間距。將納米柱膜層作為一個(gè)整體光學(xué)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(jìn)而引起樣品的反射率降低。經(jīng)計(jì)算,樣品1～5的太陽(yáng)光譜加權(quán)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(shì)與其透射率增加趨勢(shì)一致。樣品5具有最低的加權(quán)反射率與最大的加權(quán)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(jié)果是一致的。根據(jù)透射光譜數(shù)據(jù)對(duì)可見光區(qū)進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算,計(jì)算范圍為400～760 nm。樣品1～5的加權(quán)透射率分別為83.8%、83.7%、84.6%、84.7%、85.3%,加權(quán)反射率分別為10.9%、11.3%、9.5%、9.5%、8.6%。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]ZnO納米棒/CdS量子點(diǎn)的制備及紫外-可見探測(cè)性能研究[J]. 胡軼,胡更新,張潔靜,桑丹丹,李易昆,高世勇.  中國(guó)光學(xué). 2019(06)
[2]ZnO/ZnS核殼納米線界面缺陷的形成及發(fā)光特性研究[J]. 趙海霞,方鉉,王顏彬,房丹,李永峰,王登魁,王曉華,楚學(xué)影,張曉東,魏志鵬.  中國(guó)光學(xué). 2019(04)
[3]圖形化氧化鋅陣列的制備及其場(chǎng)發(fā)射性能研究[J]. 康冬茹,葉蕓,汪江勝,呂珊紅,辛琦,郭太良.  液晶與顯示. 2017(05)
[4]基于化學(xué)溶液法制備的氧化鋅量子點(diǎn)發(fā)光二極管研究[J]. 孫義,李青.  液晶與顯示. 2016(07)
[5]氧化鋅納米柱陣列的水熱合成及其性能[J]. 湯洋,趙穎,張?jiān)龉?陳頡.  材料研究學(xué)報(bào). 2015(07)
[6]硝酸銨誘導(dǎo)電沉積氧化鋅納米柱的鋁摻雜及光學(xué)性質(zhì)操控[J]. 湯洋,郭邐達(dá),張?jiān)龉?陳頡.  光學(xué)精密工程. 2015(05)
[7]電沉積摻鋁氧化鋅納米柱的光學(xué)帶隙藍(lán)移與斯托克斯位移[J]. 湯洋,陳頡.  發(fā)光學(xué)報(bào). 2014(10)
[8]電紡氧化鋅納米纖維乙醇、丙酮?dú)饷魝鞲衅鱗J]. 鄭高峰,何廣奇,劉海燕,鄭建毅,李文望,孫道恒.  光學(xué)精密工程. 2014(06)
[9]Fabrication of ZnO nanowall-network ultraviolet photodetector on Si substrates[J]. 宿世臣,楊孝東,胡燦棟.  半導(dǎo)體學(xué)報(bào). 2011(07)
[10]基于氧化鋅納米線的硅諧振式加速度計(jì)(英文)[J]. 陳國(guó)煒,朱榮.  光學(xué)精密工程. 2009(06)



本文編號(hào)：2976562