發(fā)布時(shí)間：2017-10-03 20:20

  本文關(guān)鍵詞：基于石墨烯材料的光電子器件應(yīng)用研究

  更多相關(guān)文章： 石墨烯 太陽(yáng)能電池 光電探測(cè)器 鈣鈦礦 載流子分布

【摘要】：石墨烯作為一種新型的光電材料在光探測(cè)、光伏器件應(yīng)用方面具有超越傳統(tǒng)半導(dǎo)體的顯著優(yōu)勢(shì),由于其獨(dú)特的零帶隙能帶結(jié)構(gòu),使其具有極高的載流子遷移率和極寬的吸收光譜。然而,受制于石墨烯本身缺乏增益機(jī)制和吸光弱等不利因素,基于單一石墨烯材料的光電轉(zhuǎn)換器件難以獲得高的光電轉(zhuǎn)換效率。針對(duì)這一瓶頸,本文將石墨烯與其他半導(dǎo)體材料復(fù)合成異質(zhì)結(jié)構(gòu)以解決上述問(wèn)題。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)提出并研究了一種基于石墨烯/單晶硅肖特基結(jié)的頂柵結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池,系統(tǒng)研究了石墨烯化學(xué)摻雜對(duì)器件性能的影響。實(shí)驗(yàn)制作的器件可以達(dá)到5.9%的轉(zhuǎn)換效率(無(wú)減反層)。該頂柵結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池與傳統(tǒng)的單晶硅技術(shù)具有良好的兼容性,具有低成本、大面積和高效率的優(yōu)勢(shì)。(2)系統(tǒng)研究了一種基于鈣鈦礦納米顆粒與石墨烯復(fù)合異質(zhì)結(jié)的光電探測(cè)器件。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),鈣鈦礦納米顆粒具有捕獲并局域限制光生載流子的作用,并通過(guò)減少體復(fù)合來(lái)提高器件效率。通過(guò)控制鈣鈦礦納米顆粒的大小和分布可以實(shí)現(xiàn)對(duì)器件效率的調(diào)控與提高。所制備的器件具有極高的光電響應(yīng)率(6x105A/W)和光電導(dǎo)增益(109)。(3)運(yùn)用液相法成功制備了基于單根鈣鈦礦納米線的光電探測(cè)器。實(shí)驗(yàn)制備的光電探測(cè)器具有到達(dá)130安培每瓦探測(cè)效率。同時(shí),測(cè)試所得的該種探測(cè)器的電流光開(kāi)關(guān)比和探測(cè)率可達(dá)到4800和2.9*1012Jones。本輪文實(shí)驗(yàn)制備的探測(cè)器還具有很快的響應(yīng)速度和較寬的探測(cè)范圍。(4)運(yùn)用近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡系統(tǒng)(Scanning type near-field optical microscopy,SNOM)和光電流成像系統(tǒng)研究了鈣鈦礦納米顆粒與石墨烯之間的電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程以及單根鈣鈦礦納米線的傳輸特性,為無(wú)接觸、圖像化研究光電流的產(chǎn)生機(jī)制提供了切實(shí)、可行的解決方案。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 太陽(yáng)能電池 光電探測(cè)器 鈣鈦礦 載流子分布
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O613.71;TM914.4;TN15
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-23
• 1.1 光與半導(dǎo)體物質(zhì)的相互作用概論9-15
• 1.1.1 光與半導(dǎo)體中電子的相互作用9-10
• 1.1.2 光伏效應(yīng)簡(jiǎn)介10-13
• 1.1.3 光電導(dǎo)效應(yīng)簡(jiǎn)介13-15
• 1.2 石墨烯材料性質(zhì)概述15-17
• 1.3 基于石墨烯材料的光電子器件研究進(jìn)展概述17-21
• 1.3.1 石墨烯/單晶硅肖特基結(jié)太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展概述。17-19
• 1.3.2 石墨烯光電探測(cè)器研究進(jìn)展概述19-21
• 1.4 有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料簡(jiǎn)介21
• 1.5 選題的意義和研究?jī)?nèi)容21-23
• 第二章 頂柵結(jié)構(gòu)石墨烯/單晶硅太陽(yáng)能電池研究23-35
• 2.1 引言23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分23-28
• 2.2.1 石墨烯材料的制備23-25
• 2.2.2 器件制作25-28
• 2.3 結(jié)果與討論28-34
• 2.3.1 石墨烯材料表征28-29
• 2.3.2 石墨烯/硅太陽(yáng)能電池性能分析29-34
• 2.4 本章小結(jié)34-35
• 第三章 納米鈣鈦礦顆粒/石墨烯光電探測(cè)器件研究35-48
• 3.1 引言35-36
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分36-38
• 3.2.1 鈣鈦礦納米顆粒的合成36
• 3.2.2 器件制作36-38
• 3.3 結(jié)果與討論38-47
• 3.3.1 鈣鈦礦納米顆粒/石墨烯復(fù)合材料的性質(zhì)表征38-40
• 3.3.2 鈣鈦礦納米顆粒/石墨烯光電探測(cè)器的性能研究40-44
• 3.3.3 鈣鈦礦納米顆粒與石墨烯之間的電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制分析44-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第四章 單根鈣鈦礦納米線光電探測(cè)器件應(yīng)用研究48-62
• 4.1 引言48
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分48-51
• 4.2.1 鈣鈦礦納米線的合成48-49
• 4.2.2 器件制作49-51
• 4.3 結(jié)果與討論51-61
• 4.3.1 鈣鈦礦納米線的性質(zhì)表征51-52
• 4.3.2 基于單根鈣鈦礦納米線的光電探測(cè)器件性能研究52-55
• 4.3.3 單根鈣鈦礦納米線傳輸性質(zhì)研究55-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 第五章 總結(jié)與展望62-64
• 參考文獻(xiàn)64-74
• 攻讀學(xué)位期間本人出版或公開(kāi)發(fā)表的論著、論文74-75
• 致謝75-76

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