【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(dá)到60meV,性質(zhì)非常穩(wěn)定而且具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)與磁學(xué)性能。ZnO在太陽(yáng)能電池、光電子器件、半導(dǎo)體激光器、新型電子顯示器以及光催化劑等諸多領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力,在短波長(zhǎng)半導(dǎo)體領(lǐng)域是GaN后又一個(gè)關(guān)注熱點(diǎn)。通常情況下,純ZnO由于其本征缺陷的存在呈現(xiàn)n型導(dǎo)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(jìn)行摻雜,可以引入新的雜質(zhì)能級(jí),從而引發(fā)材料光電性質(zhì)發(fā)生穩(wěn)定轉(zhuǎn)變。對(duì)不同摻雜原子的不斷試驗(yàn)有利于發(fā)現(xiàn)更優(yōu)良透光性和導(dǎo)電性的ZnO材料,因此,摻雜ZnO已成為研究半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的熱點(diǎn),而稀土系列元素由于特殊的原子殼層結(jié)構(gòu),以其作為摻雜源摻雜ZnO材料受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文運(yùn)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(shì)法,計(jì)算分析了稀土元素(Sm、Tm)摻雜ZnO前后的能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度以及光學(xué)性質(zhì)變化情況。計(jì)算結(jié)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(jí),費(fèi)米能級(jí)從價(jià)帶頂處上移進(jìn)入導(dǎo)帶部分,出現(xiàn)載流子簡(jiǎn)并現(xiàn)象,形成簡(jiǎn)并半導(dǎo)體,摻雜體系顯示出更強(qiáng)的金屬性,呈現(xiàn)良好的n型導(dǎo)電現(xiàn)象。光學(xué)性質(zhì)部分靜態(tài)介電常數(shù)顯著增大,摻雜體系的光學(xué)吸收性能獲得了顯著改善并且展現(xiàn)出明顯的上轉(zhuǎn)換效應(yīng)。設(shè)計(jì)了TCO/p-p-Si/n-ZnO:Sm(Tm)異質(zhì)結(jié)薄膜太陽(yáng)能電池,因Sm,Tm摻雜ZnO薄膜良好的n型導(dǎo)電性質(zhì),非常適合用作電池PN結(jié)中的n型層,當(dāng)摻雜薄膜用作電池的TCO透明導(dǎo)電電極時(shí)具有如下兩點(diǎn)顯著優(yōu)勢(shì):1.改進(jìn)了太陽(yáng)光在透明導(dǎo)電電極的整體透過(guò)率,使得太陽(yáng)光在透過(guò)電極層時(shí)的損耗大大降低。2.可在受光面對(duì)太陽(yáng)光進(jìn)行光譜波段轉(zhuǎn)換,讓敏感波段光透過(guò)而被電池基底材料吸收,將非敏感波段光轉(zhuǎn)變?yōu)槊舾胁ǘ喂庠俦换撞牧衔?從而最大程度實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)太陽(yáng)光譜能量的充分利用。采用磁控濺射的實(shí)驗(yàn)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(yáng)能電池的分層制備,通過(guò)中科院蘇州納米技術(shù)與仿生研究所的太陽(yáng)光模擬器光伏測(cè)試平臺(tái)對(duì)薄膜電池的性能進(jìn)行了測(cè)試表征,光電轉(zhuǎn)換率達(dá)到了6.64%。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.4
【圖文】：

稀土銩(Tm）為摻雜元素作探索性研究。本文運(yùn)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(shì)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(shí)現(xiàn)了在薄膜太陽(yáng)能領(lǐng)域的應(yīng)用。1.2 ZnO 的結(jié)構(gòu)與本征缺陷1.2.1 ZnO 的晶體結(jié)構(gòu)ZnO 屬于 II-VI 族氧化物，目前可觀察到的晶體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，如圖 1.1 所示。其中纖鋅礦結(jié)構(gòu)在常溫常壓下最穩(wěn)定，立方巖鹽礦結(jié)構(gòu)在一定高壓條件出現(xiàn)，當(dāng)這個(gè)壓力消除時(shí)，立方巖鹽礦結(jié)構(gòu)會(huì)轉(zhuǎn)化為閃鋅礦結(jié)構(gòu)。

江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文最常用 SnO2和 In2O2材料，ZnO 材料具有原材料儲(chǔ)量豐富、開(kāi)發(fā)成本低的。砷化鎵、碲化鎘以及銅銦鎵硒這幾種相對(duì)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(wú)毒無(wú)污染的環(huán)境友好型材料逐步受到光伏行業(yè)的關(guān)注，在其向薄膜太陽(yáng)池的應(yīng)用方面的科研投入越來(lái)越大。4 稀土元素簡(jiǎn)介稀土元素即元素周期表第三族中的一個(gè)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(chǔ)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(guó)擁有著世界我國(guó)廣泛開(kāi)展稀土元素的應(yīng)用研究具有得天獨(dú)厚

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2771622