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近年来,半导体纳米线以其特有的一维结构、优异的电学、光学性质成为当前光电子器件领域的研究热点。与薄膜材料相比,半导体纳米线阵列拥有优异的抗反射能力,较低的填充比等优势,在高性能、低功耗光电转换器件领域展现出了广阔的应用前景。本论文围绕Ⅲ-Ⅴ族半导体纳米线阵列光电转换器件展开了理论及实验研究,其主要工作和学术成果如下:(1)提出了一种倾斜纳米线轴向pin结阵列太阳能电池,理论研究了其光谱吸收和光伏特性。结果表明:相比于垂直纳米线阵列,倾斜纳米线阵列具有更优的光学共振效应;同时,倾斜纳米线显著降低了顶部p区的复合损耗,增强了 i区的光吸收,从而提升了器件转换效率。经优化,倾斜GaAs纳米线阵列太阳能电池转换效率可达16.4%,相比垂直GaAs纳米线阵列太阳能电池提升了 0.9%。此外,倾斜InP、Si纳米线太阳能电池的转换效率相比于同种材料的垂直纳米线器件均有提升。(2)提出了基于GaAs/AlGaAs异质结构的纳米线轴向、径向pin结阵列太阳能电池。器件采用宽带隙AlGaAs替代GaAs作为纳米线pin结顶部(或外侧)的p区,减少p区及顶电极处的复合损耗,同时提升i区光吸收。仿真结果表明:在钝化和无钝化的情况下,上述异质结构轴向、径向pin结阵列太阳能电池的转换效率分别提升了3.5%、1.84%和 1.45%、8.42%。(3)提出了一种GaAs/InAs纳米线/量子点径向复合结构阵列太阳能电池。器件结合了两种低维结构的优势,利用InAs量子点拓展了 GaAs纳米线的吸收光谱,利用纳米线阵列的“光阱”效应促进了量子点的光吸收。理论计算结果表明:相同体积的量子点在纳米线阵列中的光吸收是其在薄膜中的4.6倍将500 nm高GaAs纳米线阵列太阳能电池的转换效率从10.07%提升到10.74%。(4)探索了石墨烯的高质量转移及与纳米线的有效接触工艺,制备出一种石墨烯/GaAs纳米线阵列肖特基结光伏探测器。室温下器件的理想因子为6.18,肖特基势垒高度为0.58 eV。在532 nm激光下,器件的短路电流为3.16μA,开路电压为0.43 V。在零偏压下器件的响应度为1.54 mA/W,响应/恢复时间为71/194μs。