為在新型太陽(yáng)能電池等先進(jìn)光電器件中成功應(yīng)用ZnO納米柱陣列,需要以高沉積速率生長(zhǎng)ZnO納米柱,并能夠?qū){米柱的形貌與光電物理性質(zhì)進(jìn)行操控。使用電沉積方法制備ZnO納米柱陣列,在主電解液中加入了六次甲基四胺,對(duì)所制備的ZnO納米柱陣列的形貌與光電物理性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)試分析。六次甲基四胺能夠大幅提升ZnO納米柱的生長(zhǎng)速率,相比未使用六次甲基四胺的電解液配方,ZnO納米柱的生長(zhǎng)速率提高了356%。同時(shí),納米柱的直徑與陣列密度得到有效降低,納米柱間距增大至58 nm。六次甲基四胺的引入使ZnO納米柱的光學(xué)帶隙約紅移了0.12 eV。在六次甲基四胺的作用下,ZnO納米柱的斯托克斯位移減小0.15 eV,非輻射復(fù)合受到抑制。通過使用六次甲基四胺,實(shí)現(xiàn)了ZnO納米柱的快速電沉積生長(zhǎng),同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)納米柱的光學(xué)帶隙、近帶邊發(fā)射、斯托克斯位移、非輻射復(fù)合等光電物理性質(zhì)的操控。 

【文章來源】：光學(xué)學(xué)報(bào). 2020,40(16)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

樣品1～5的SEM圖片。

圖2為樣品1～5的透射與反射光譜。對(duì)于樣品1的透射與反射光譜,在可見光與近紅外波段,均可觀察到明顯的干涉條紋圖形。由之前的SEM圖可知,樣品1的ZnO納米柱陣列具有高陣列密度,形成了類似膜狀結(jié)構(gòu)。因此,在透射與反射光譜中出現(xiàn)類似于薄膜的干涉條紋圖形。對(duì)于樣品2～5,一方面ZnO納米柱陣列密度降低,另一方面納米柱的直徑減小,結(jié)果導(dǎo)致納米柱與納米柱之間的距離增大,干涉條紋因此變得不顯著。對(duì)于樣品1～5,樣品的太陽(yáng)光譜加權(quán)透射率分別為80.9%、78.9%、76.0%、74.2%、80.1%,太陽(yáng)光譜加權(quán)反射率分別為10.4%、10.4%、9.2%、9.2%、8.1%,波長(zhǎng)范圍為350～1300 nm。在樣品2～5中,ZnO納米柱中降低的陣列密度和加大的間距使得納米柱層的有效折射率降低,因此樣品2～5的反射率降低。但反射率的降低并未引起樣品2～5的透射率的提升,反而樣品2～5的透射率降低。這是由于樣品2～5的納米柱高度遠(yuǎn)大于樣品1,ZnO納米柱在各光譜段同樣會(huì)發(fā)生吸收。因此,在應(yīng)用ZnO納米柱陣列時(shí),盡管ZnO材料為寬帶隙半導(dǎo)體,但仍不能忽視其內(nèi)部的光吸收特性。

根據(jù)透射光譜線性擬合并計(jì)算光學(xué)帶隙。以(αhν)2擬合hν,其中α為吸收率,h為普朗克常量(6.626×10-34 J·s),ν為頻率。對(duì)于直接帶隙半導(dǎo)體, α∝ -ln T,其中T為透射率。擬合曲線結(jié)果如圖3所示。樣品1的光學(xué)帶隙為3.52 eV。樣品2～5的光學(xué)帶隙分別為3.40,3.41, 3.39,3.40 eV。相比樣品1的帶隙,樣品2～5的帶隙約紅移了0.12 eV,這可能是由導(dǎo)帶與價(jià)帶中的自由載流子之間的多體效應(yīng)引起的[12]。3.3 ZnO納米柱的近帶邊發(fā)射與斯托克斯位移

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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