氧化锌纳米阵列的种子法电沉积及其异质结制备与光电性能研究

【摘要】：氧化锌作为一种直接带隙宽禁带半导体材料,由于其优异的光学和电学性能,在众多领域受到了大量关注并得到广泛应用。为了更简便地获得更大长径比的氧化锌纳米棒阵列,本文在ITO基底表面制备了一层氧化锌种子层,并在种子层上采用电沉积的方法制备氧化锌纳米阵列,并在该结构上电沉积了氧化亚铜薄膜形成异质结,研究其光电性能。采用溶胶-凝胶法,经过旋涂和退火的步骤,在ITO基底上得到了氧化锌种子层。制备的种子层颗粒细小,大多数晶粒尺寸小于30nm,表面粗糙度为2-4nm,并形成了均匀致密膜层。然后采用硝酸锌为主盐的沉积液,使用恒电位电沉积在种子层上制备了氧化锌纳米阵列,其在(001)晶面方向具有明显的择优取向,禁带宽度约为3.34eV,且缺陷较少,对可见光有较高的透过率。得到的氧化锌纳米棒直径为40-70nm,且长度易于控制。氧化锌在ITO上的形核过程接近于连续形核模型,而在种子层上的生长过程中的电化学行为符合传统的瞬时形核模型,表明纳米阵列的形成实际上是起始于以种子层颗粒为晶核的生长。在其电化学生长过程中,硝酸锌的浓度对于氧化锌的棒状生长有重要作用,而氯化钾既是支持电解质也对锌离子有络合作用,对氧化锌纳米棒的直立生长作用明显。采用硫酸铜为主盐、酒石酸为络合剂的碱性沉积液,在氧化锌纳米阵列上电沉积了氧化亚铜薄膜,形成了氧化锌纳米阵列/氧化亚铜异质结,经过退火处理,测试其光电性能,结果表明其开路电压可以达到193mV,能量转换效率可达到0.01%,表明这种结构匹配具有良好的应用前景。