ZnO基PN结的制备及光电性能研究

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氧化锌(ZnO)是一种宽禁带直接带隙氧化物半导体,室温下禁带宽度为3.37eV,由于本征缺陷存在而显n型。ZnO具有高室温激子结合能、高电子饱和漂移速度以及高化学稳定性。ZnO薄膜及其他各种形式的材料在发光、紫外探测、光催化、透明电极、压电、薄膜晶体管等领域都有应用前景。本文立足于ZnO薄膜:1)首先开发了一种基于低温液相的薄膜沉积方法,制备了本征ZnO和掺铝ZnO薄膜,采用XRD、SEM、UV-vis光谱、光致发光光谱对样品的物相、表面形貌及光学性质进行了研究。结果表明,此法制备的薄膜样品物相较纯,Al离子掺杂时机的不同会影响晶粒的生长;接着采用化学浴沉积法制备了硫化镉(CdS)薄膜,与ZnO薄膜于p型掺硼单晶Si片上构成了(Al)ZnO/(CdS)/Si异质结,研究了CdS层以及铝掺杂对该异质结性能的影响。结果表明CdS的引入降低了pn结的势垒,有利于优化异质结的载流子输运,提升其理想因子。2)采用液相沉积法制备本征、掺铝及掺铟ZnO配合Si片的高温氧化处理,构成Ag/ZnO/SiO2/Si/Ag的背栅型薄膜晶体管,从输出曲线得出本征及掺铝ZnO的薄膜晶体管呈现出耗尽型特性,掺铟ZnO呈现出增强型特性。3)采用溶胶凝胶-旋涂法于玻璃衬底上制备了Al-N共掺的ZnO薄膜并对其光学性能进行了研究。结果表明该法制备的薄膜样品在可见光波段有大于80%的透过率,随着N掺杂量的提升,ZnO薄膜的光学禁带宽度随之增大。4)采用液相沉积法辅之以不同的MEA/Zn2+比例(0.5,1.0,1.5,2.0)制备掺氮ZnO薄膜,采用XRD、SEM、Raman光谱、光电流响应对样品的物相、表面形貌以及光电性质进行了研究。结果发现当MEA/Zn2+=1.5时,ZnO薄膜有最好的光电流响应性能(最大的明暗电流比、最小的暗电流、最快的响应速度)。随后,在FTO衬底上制备了Al:ZnO/ZnO:N同质结,研究其紫外探测性能,结果表明该结构具有比较快的响应时间(上升时间2ms,恢复时间22ms)、较低的暗电流(1V偏压下达10-7A)。5)采用液相沉积法制备本征ZnO薄膜构成BGZO/i-ZnO/CdS/Ag-CuInS2/ITO结构的太阳能电池,并与磁控溅射本征ZnO进行了比较,发现液相沉积ZnO薄膜在CuInS2太阳能结构中适配度较低,需进一步优化。
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