【摘要】：ZnO屬于典型的II-VI族直接寬帶隙氧化物,在常溫條件下的帶隙寬為3.37eV,激子束縛能可以達到60meV,性質(zhì)非常穩(wěn)定而且具有優(yōu)異的光學、電學與磁學性能。ZnO在太陽能電池、光電子器件、半導體激光器、新型電子顯示器以及光催化劑等諸多領域有巨大的應用潛力,在短波長半導體領域是GaN后又一個關注熱點。通常情況下,純ZnO由于其本征缺陷的存在呈現(xiàn)n型導電性,但其高溫下的光電特性很不穩(wěn)定。在ZnO晶體中引入雜質(zhì)原子進行摻雜,可以引入新的雜質(zhì)能級,從而引發(fā)材料光電性質(zhì)發(fā)生穩(wěn)定轉變。對不同摻雜原子的不斷試驗有利于發(fā)現(xiàn)更優(yōu)良透光性和導電性的ZnO材料,因此,摻雜ZnO已成為研究半導體材料領域的熱點,而稀土系列元素由于特殊的原子殼層結構,以其作為摻雜源摻雜ZnO材料受到了國內(nèi)外學者的廣泛關注。本文運用Materials Studio軟件中的CASTEP子模塊,借助第一性原理平面波超軟贗勢法,計算分析了稀土元素(Sm、Tm)摻雜ZnO前后的能帶結構、態(tài)密度以及光學性質(zhì)變化情況。計算結果表明,摻雜后體系的能帶部分變得稠密,出現(xiàn)新的雜質(zhì)能級,費米能級從價帶頂處上移進入導帶部分,出現(xiàn)載流子簡并現(xiàn)象,形成簡并半導體,摻雜體系顯示出更強的金屬性,呈現(xiàn)良好的n型導電現(xiàn)象。光學性質(zhì)部分靜態(tài)介電常數(shù)顯著增大,摻雜體系的光學吸收性能獲得了顯著改善并且展現(xiàn)出明顯的上轉換效應。設計了TCO/p-p-Si/n-ZnO:Sm(Tm)異質(zhì)結薄膜太陽能電池,因Sm,Tm摻雜ZnO薄膜良好的n型導電性質(zhì),非常適合用作電池PN結中的n型層,當摻雜薄膜用作電池的TCO透明導電電極時具有如下兩點顯著優(yōu)勢:1.改進了太陽光在透明導電電極的整體透過率,使得太陽光在透過電極層時的損耗大大降低。2.可在受光面對太陽光進行光譜波段轉換,讓敏感波段光透過而被電池基底材料吸收,將非敏感波段光轉變?yōu)槊舾胁ǘ喂庠俦换撞牧衔?從而最大程度實現(xiàn)對整個太陽光譜能量的充分利用。采用磁控濺射的實驗方法,在一定工藝參數(shù)下在玻璃襯底上依次濺射TCO透明電極、p型層、n型層以及Ti/Ag電極,完成了薄膜太陽能電池的分層制備,通過中科院蘇州納米技術與仿生研究所的太陽光模擬器光伏測試平臺對薄膜電池的性能進行了測試表征,光電轉換率達到了6.64%。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM914.4
【圖文】：

稀土銩(Tm）為摻雜元素作探索性研究。本文運用 Materials Studio 軟件中的 CASTEP 子模塊，借助第一性原理平面波超軟贗勢法， 完成了 Sm、Tm 摻雜 ZnO 的性質(zhì)分析工作，并根據(jù)摻雜體系展現(xiàn)出的優(yōu)良特性成功實現(xiàn)了在薄膜太陽能領域的應用。1.2 ZnO 的結構與本征缺陷1.2.1 ZnO 的晶體結構ZnO 屬于 II-VI 族氧化物，目前可觀察到的晶體結構有三種，分別為六方纖鋅礦 B4（Wurtzite）、立方氯化鈉型巖鹽礦 B1（Rocksalt）和立方閃鋅礦 B3（Zinc-blende）3 種晶體結構，如圖 1.1 所示。其中纖鋅礦結構在常溫常壓下最穩(wěn)定，立方巖鹽礦結構在一定高壓條件出現(xiàn)，當這個壓力消除時，立方巖鹽礦結構會轉化為閃鋅礦結構。

江蘇大學碩士學位論文最常用 SnO2和 In2O2材料，ZnO 材料具有原材料儲量豐富、開發(fā)成本低的。砷化鎵、碲化鎘以及銅銦鎵硒這幾種相對成熟的化合物電池，存在重金屬的安全隱患，極大地制約了它們的大規(guī)模民用化發(fā)展[22]。ZnO 薄膜材料作種無毒無污染的環(huán)境友好型材料逐步受到光伏行業(yè)的關注，在其向薄膜太陽池的應用方面的科研投入越來越大。4 稀土元素簡介稀土元素即元素周期表第三族中的一個分族的元素。包括釔(Y)和鈧(Sc)和元素，如圖 1.2 所示

1.2 所示圖 1.2 稀土元素Fig. 1.2 Rare earth element成。礦產(chǎn)儲量并不稀少，其在自然界中也有著廣泛的礦的十九倍。由圖 1.3 可看出，我國擁有著世界我國廣泛開展稀土元素的應用研究具有得天獨厚

【參考文獻】

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本文編號：2771622