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AgSbS2（Se）宽光谱高速红外光电探测器研究

AgSbS2（Se）宽光谱高速红外光电探测器研究

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作者：张真重庆理工大学

学位级别：硕士

锑基硫属化合物AgSbS（Se）,本征为P型半导体,是一种性能优异的光电子器件吸收材料。通过Se/S比例控制,直接带隙在1.1-1.6 e V范围内连续可调,间接带隙低至0.32 e V,探测波长可覆盖3.8μm以下所有近红外区域。AgSbS（Se）可以通过AgSbS... 详细信息

锑基硫属化合物AgSbS（Se）,本征为P型半导体,是一种性能优异的光电子器件吸收材料。通过Se/S比例控制,直接带隙在1.1-1.6 e V范围内连续可调,间接带隙低至0.32 e V,探测波长可覆盖3.8μm以下所有近红外区域。AgSbS（Se）可以通过AgSbS进行硒化获得,禁带宽度随Se含量增加而降低。然而,受到致密晶粒结构的限制,Se元素不易扩散到薄膜内部。尤其是在厚膜中,硒化程度难以提高,导致器件响应波长范围狭窄,无法满足长波红外探测需求。针对上述问题,本论文提出采用喷雾热解法制备孔隙丰富的AgSbS预制层,并通过硒化制备AgSbS（Se）薄膜方案,并通过喷涂溶液中添加高溶解性的硝酸铟丰富孔隙结构并细化晶粒,提高硒化程度,成功制备了宽光谱、高速AgSbS（Se）探测器。此外,本论文还采用真空热蒸发法研究了单相硒锑银（AgSbSe）薄膜工艺,制备出了AgSbSe光电探测器,并对薄膜的微观形貌、晶体结构进行分析,研究了制备工艺对器件探测性能的影响。本论文研究内容主要包含以下两个方面:（1）研究了单相AgSbSe薄膜及红外光电探测器制备。采用真空热蒸发法在钼玻璃上制备Ag/Sb金属预制层,然后通过充分硒化,制备出单相、高纯的AgSbSe薄膜。然后在其表面依次制备硫化镉（Cd S）、氧化铟锡（ITO）和Au电极,制备出了Glass/Mo/AgSbSe/Cd S/ITO/Au的红外光电探测器。研究了AgSbSe薄膜的演化过程,以及Ag/Sb预制层的厚度对AgSbSe薄膜结构、形貌及光电探测性能影响。研究表明,当Ag/Sb预制层的厚度为700 nm时,器件性能最佳,器件对1050 nm的红外探测响应度为1.35 m A W、噪声等效功率（NEP）为7.29×10 W Hz、探测率（D*）为1.81×10～9 Jones。这项工作肯定了AgSbSe薄膜作为光电探测器的应用,为制备单相三元化合物薄膜光电探测器的发展提供了理论基础及技术支持。但探测性能还是低于大多数光电探测器。（2）研究了基于梯度结构AgSbS（Se）的宽光谱高速红外光电探测器。采用水浴法（CBD）制备Cd S薄膜,然后利用喷雾热解技术在其表面沉积AgSbS预制层,硒化后沉积Au电极,制备出ITO/Cd S/AgSbS（Se）/Au结构的光电探测器。研究硝酸铟改性前后AgSbS（Se）薄膜形貌、结构、成分、及光学、电学性能的变化。建立了分布结晶模型,成功地解释了硒化程度变化的原因。研究发现,当预制层薄膜厚度为500 nm,硝酸铟含量为In/Sb=0.5,硒化时间为10 min时,光电响应性能最佳。相比未改性的AgSbS探测器,响应范围从760 nm提高至1920 nm以上,且响应度、外量子效率（EQE）、比探测率等参数都获了指数级的增长。优化后的器件对1050 nm的红外探测响应度（R）为0.13 A W、噪声等效功率（NEP）为1.24×10 W/Hz、探测率（D*）为1.77×10 Jones;对1920nm红外探测的响应度为0.21 m A W,探测率（D*）为2.61×10～8 Jones。该器件还显示了良好的高频响应特性,响应带宽达0.3MHz,最高响应频率>0.8MHz,显著高于单相AgSbSe薄膜光电探测器及目前现行研究的大多数光伏型探测器。该方法成功地将常规化合物半导体材料改造为梯度结构,为利用现有半导体开发高性能宽带光电探测器开辟了新的可能性。并为研制出实用型宽光谱、高速红外探测器,及在点对点激光通讯等高端领域的应用打下理论和技术基础。

关键词：红外光电探测器高速红外探测梯度半导体 AgSbS2(Se) 喷雾热解沉积

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铌掺杂的二氧化钛致密层提高介孔型钙钛矿太阳电池性能

铌掺杂的二氧化钛致密层提高介孔型钙钛矿太阳电池性能

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第二届新型太阳能电池学术研讨会

作者：殷雄徐忠忠刘文雅贺蒙国家纳米科学中心中国科学院纳米系统与多级次制造重点实验室

同传统太阳电池相比,钙钛矿太阳电池具有转换效率高、可溶液加工等优点,近几年来受到了科研人员的广泛关注,并取得了突破性的进展。在钙钛矿太阳电池中,各个结构层的性能直接影响着器件的最终光电转换效率。其中,致密的二氧化钛层通常... 详细信息

同传统太阳电池相比,钙钛矿太阳电池具有转换效率高、可溶液加工等优点,近几年来受到了科研人员的广泛关注,并取得了突破性的进展。在钙钛矿太阳电池中,各个结构层的性能直接影响着器件的最终光电转换效率。其中,致密的二氧化钛层通常被用作空穴阻挡层。我们通过研究发现:对二氧化钛致密层进行铌掺杂可显著提高电池光电性能,光电转换效率可达10.26%。而在同等条件下采用二氧化钛致密层制备的电池光电转换效率为9.22%。通过电化学表征表明,电池性能的提高归因于铌掺杂后,致密层的整流作用得到了提高,并降低了器件的接触电阻和提高了器件的电荷复合电阻。我们的研究表明对钙钛矿太阳电池结构层进行修饰是提高钙钛矿太阳电池性能的一个有效途径。

关键词：钙钛矿太阳电池致密层喷雾热解沉积铌掺杂的二氧化钛致密层电化学阻抗谱

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