ZnO纳米线的掺杂生长及其单条纳米线p-n结太阳能电池研究

为了在降低太阳能电池成本的基础上提高其效率，纳米材料已广泛应用于太阳能电池的探索。由于自然界存在丰富的锌矿资源，从而使得ZnO具有优越的资源优势， ZnO材料可使太阳能电池制造变得更加简便，ZnO具有丰富多彩的纳米结构，因而纳米ZnO是潜在的广泛应用于太阳能电池的重要和理想材料。本研究的目标是生长出性能优异的同一条纳米线上具有部分n型和部分p型(即轴向n-p型)的氧化锌纳米线，然后制备基于单条氧化锌纳米线轴向p-n结的太阳能电池并测试其性能，本研究为国际纳米ZnO研究领域极具挑战性的前沿课题之一。本项目包括ZnO纳米线的控制生长及改性（p型掺杂）、单条p-n结纳米线太阳能电池的制备测试等研究内容，为一原创性的基于化学、材料学、半导体技术等学科的交叉与融合而进行的前沿基础研究项目。本课题的研究对于氧化锌纳米线及其器件的基础研究和应用都具有重要的价值和科学意义。

制备出了掺Li或掺Na的ZnO纳米线以及由该掺杂纳米线组成的复合结构，并进行了SEM，TEM，XRD，EDS等表征。采用化学气相沉积法制备了各种ZnO微纳米结构，包括整齐的ZnO纳米线阵列、超长ZnO微米带、ZnO平面枝状结构、超枝状ZnO平面网络结构、ZnO纳米片、ZnO纳米线阵列与ZnO微米带组成的新型复合结构、ZnO纳米线阵列与ZnO平面枝状结构组成的新型三维分层结构以及其他多样ZnO结构等。通过在化学气相沉积过程中引入碱金属氯化物作为掺杂剂实现了对ZnO纳米线及其他ZnO纳米结构生长行为的调控。提供了一种新的调控ZnO纳米结构生长行为的方法。合成的各种单一及复合结构有望用于微纳米光电器件中。采用一步合成的多枝状ZnO网络结构作为光阳极半导体材料，应用于钛金属基底的柔性染料敏化太阳能电池中，获得了3.3%的光电转换效率，提供了一种新的气相沉积制备柔性光阳极的方法。