本文關(guān)鍵詞：Mie散射增強(qiáng)的新型石墨烯光電探測器研究及Mie散射應(yīng)用拓展　出處：《南京大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： Mie散射 石墨烯 微球 光電探測器 TiO_2 染料敏化太陽能電池

【摘要】：石墨烯具有狄拉克錐形能帶結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、超快的電子傳輸速率,已經(jīng)成為基于新型二維材料的高性能光電探測器件的重要材料。但是由于石墨烯中不存在能隙,無法形成異質(zhì)結(jié),因此其光生載流子分離困難,且復(fù)合率較高。本論文針對這個問題,通過微球Mie散射提高石墨烯光電探測器的光吸收、光生載流子分離效率和探測靈敏度。同時,拓展研究了利用Mie散射提高太陽能電池的光吸收從而提高其光電轉(zhuǎn)換效率。主要工作如下：(1)基于微球的Mie散射效應(yīng),利用FDTD仿真軟件設(shè)計(jì)了一種新型的石墨烯光電探測器,研究了顆粒材料、尺寸,激光波長等參數(shù)對光場分布的影響,發(fā)現(xiàn)Mie散射微球?qū)鈭鲇妹黠@的調(diào)控作用,可以在探測器中引入非對稱的光場勢差。(2)制備了基于微球的Mie散射效應(yīng)的新型石墨烯光電探測器,研究了石墨烯探測器相關(guān)的制備工藝和微球引入后對石墨烯探測器性能的影響。利用CVD方法生長的大面積石墨烯,通過微加工手段在石墨烯表面制備電極并測量石墨烯的本身光電性能;通過溶液分散滴加法將TiO2微納級聯(lián)結(jié)構(gòu)微球及Si微球置入石墨烯探測器電極之間,獲得了新型的石墨烯光電探測器,并研究了其光電性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,利用Mie散射微球增強(qiáng)的石墨烯光電探測器的光電流增大了300%,表明利用Mie散射結(jié)構(gòu)將光場勢差引入石墨烯光電探測器可以提高載流子分離效率,增大光電流。(3)對Mie散射提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探索。利用新型的氧化物球形級聯(lián)結(jié)構(gòu)的制備方法獲得了Ti02微納級聯(lián)結(jié)構(gòu)微球,并制備了基于Ti02微納級聯(lián)結(jié)構(gòu)微球的染料敏化太陽能電池。微球的Mie散射效應(yīng)可以提高DSSCs中光陽極的光吸收效率,從而提高光電池的光電轉(zhuǎn)換效率。實(shí)驗(yàn)中通過燒結(jié)溫度調(diào)控納米顆粒之間的接觸面積,進(jìn)而對染料敏化太陽能電池的性能進(jìn)行了優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)燒結(jié)溫度為450℃為最優(yōu)化工藝條件,其電池效率相比溫度其它條件制備的電池至少提高了12.3%。
[Abstract]:Graphene has Dirac tapered band structure, stable chemical properties, ultrafast electron transfer rate, has become an important material of high performance photoelectric detector model based on a two-dimensional material. But because the energy gap does not exist in graphene, cannot form heterojunction, therefore the separation of photogenerated carriers is difficult, and high recombination rate. This paper is aimed at this problem, improve the graphene photodetector light absorption by the micro Mie scattering, photogenerated carrier separation efficiency and detection sensitivity. At the same time, expand the research using Mie scattering to improve the light absorption of solar cells to improve the photoelectric conversion efficiency. The main work is as follows: (1) Mie scattering microspheres based on design a new type of graphene photodetector using the FDTD simulation software, the size of the granular material, the wavelength of the laser parameters on the optical field distribution of the influence of Mie powder The obvious regulation by shot microspheres on optical field in the detector can introduce light field potential asymmetric difference. (2) preparation of novel graphene photodetector Mie scattering microspheres based on the study of influence on the performance of graphene graphene detector detector into the preparing process and microspheres large area graphene grown by CVD method, through its photoelectric properties of micro machining tools in Shi Moxi surface electrode preparation and measurement of graphene; dropping by solution dispersion between TiO2 micro nano microspheres and Si microspheres in the cascade structure of graphene electrode probe, obtained graphene photodetector model, and Study on the photoelectric properties. The experimental results show that the graphene photodetector enhanced by Mie scattering microspheres light current increases by 300%, the results indicate that the Mie scattering structure light field potential difference into graphene optoelectronic The detector can improve the carrier separation efficiency, increase the photocurrent of Mie scattering. (3) improve the photoelectric conversion efficiency of solar cell were studied. The preparation method of oxide spherical new cascaded structure obtained by Ti02 micro nano microsphere cascade structure, and dye-sensitized solar cell based on the preparation of Ti02 micro nano microsphere cascade structure the Mie scattering effect of microspheres can improve the light absorption of the light anode efficiency in DSSCs, so as to improve the photoelectric conversion efficiency of the battery light. The contact area between the sintering temperature regulation of the nanoparticles, and the performance of dye-sensitized solar cells were optimized, sintering temperature is 450 DEG C for the optimization of process conditions, the battery efficiency compared to other conditions for preparation of the battery temperature increase of at least 12.3%.

【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN36;O613.71

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本文編號：1380257