石墨烯_硅肖特基太阳能电池的光电特性
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第 33 卷
第5期
2013年5月
PHYSI物CS E理XP ER实IM E验NTATION
Vol.33 No.5 May,2013
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石墨烯/硅肖特基太阳能电池的光电特性
图 2 石 墨 烯 样 品 在 原 子 力 显 微 镜 下 的 图 像
图3 为 石 墨 烯 样 品 的 拉 曼 光 谱,图 中 有 2 个 锐 利 的 拉 曼 振 动 峰 ,一 个 位 于1 580cm-1附 近 ,另 一个位于2 692cm-1处.前 者 称 为 G 峰,来 源 于 一阶 E2g声 子 的 平 面 振 动,它 反 映 材 料 的 对 称 性 和有序性[17].后者称为 D 峰,是 双 声 子 共 振 拉 曼 峰,其强度反映石 墨 烯 的 堆 叠 程 度[18].石 墨 烯 层 数越多,碳 原 子 的 sp2 振 动 越 强,G 峰 越 高.而 石 墨烯层数越少,G 峰越小,D 峰越高[19].D 峰 与 G 峰的强度比I2D∶IG=14,说明制备的石墨烯 的 层 数 很 少 ,石 墨 烯 薄 膜 质 量 很 好 .
吕孝鹏,邓雅丽,许元鲜,王珊珊,何 杰,马锡英
(苏州科技学院 数理学院,江苏 苏州 215011)
摘 要:以甲烷作为反应气体,利用化学气相沉积法在硅衬底表面上沉积石墨烯薄膜,制备了石墨 烯/硅 肖 特 基 太 阳 能电池.利用原子力显微镜和拉曼光谱观察了石墨烯薄膜的表面形貌,并用紫外-可见光光谱仪和光-电流测 试 仪 器 研 究 了石墨烯样品和太阳电池的光电特性.实验结果表明:制 备 的 石 墨 烯 薄 膜 厚 度 为 几 个 原 子 层 ,薄 膜 表 面 均 匀,并 具 有 良 好 的 电 学 特 性 ,石 墨 烯/硅 太 阳 能 电 池 的 能 量 转 换 效 率 可 达 3.7% .
石墨烯是单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝 状 结 构 的 新 型 晶 体 材 料 [1-2].2004 年 ,英 国 曼 彻 斯 特大学 Geim 教授等用微机 械 剥 离 方 法 将 加 热 的 石墨剥离为只有几个原 子 层 的 石 墨 层 片[3].研 究 发 现 当 石 墨 层 的 层 数 少 于 10 层 时 ,表 现 出 与 三 维 石墨不同的 电 子 结 构[4].将 10 层 以 下 的 石 墨 材 料 统 一 称 为 石 墨 烯 .石 墨 烯 的 理 论 比 表 面 积 高 达 2 600m2/g [5],具 有 突 出 的 导 热 性 能 [3 000 W/ (m·K)]和最 高 的 强 度 (1 060 GPa)[6]以 及 室 温 下最快的 电 子 迁 移 率 [15 000cm2/(V·s)][7]. 石墨烯还具有完 美 的 量 子 隧 道 效 应、半 整 数 的 量 子霍尔效应和永不消失的电导率等一系列性 质 和 [8-11] 优异的光 学 性 质.这 些 特 性 已 引 起 了 科 学界巨大 兴 趣,掀 起 石 墨 烯 的 研 究 热 潮 .由 [12-14] 于石 墨 烯 中 电 子 的 迁 移 率 比 硅 中 电 子 快 100 倍, 且其光 透 过 率 高 达 97.7%,只 有2.3% 的 光 可 被 吸收,可 以 说,石 墨 烯 对 所 有 的 光 几 乎 是 透 明 的, 可 用 于 制 备 高 电 导 率 的 透 明 导 电 膜 .如 将 石 墨 烯 替 代 贵 金 属 基 的 材 料 ,制 备 石 墨 烯 太 阳 能 电 池 ,可 以 减 缓 资 源 、能 源 与 环 境 的 压 力 ;还 可 以 用 石 墨 烯 膜作为透明导电薄 膜 替 代 铟 锡 氧 化 物 (ITO 透 明 导 电 玻 璃 )等 透 明 导 电 材 料 ,用 于 制 备 各 种 光 电 子 器件,如 夜 视 系 统、天 文 望 远 镜 及 半 导 体 传 感 器, 在有机薄膜太阳能电池等领域发挥重要作用.
图4 硅 PN 结与石墨烯/硅肖特基结的无光照伏安特性
用35 mW 的 白 光 作 为 光 源、利 用 Keithley 微电流计测量了该器件的光电流特性.图 5 为石 墨烯/硅肖特基 结 太 阳 能 电 池 的 光 电 流 特 性.可 看 出 ,其 开 路 电 压 (I=0 所 对 应 的 电 压 )为3.5V, 短路电流(V=0 所 对 应 的 电 流)为 -0.5 mA.与
图 3 石 墨 烯 样 品 的 拉 曼 光 谱
在 N 型硅衬 底 的 背 面 蒸 Al电 极 作 为 阴 极, 石墨烯作为透明 导 电 薄 膜 为 电 池 的 阳 极,形 成 石 墨烯/硅肖特基 太 阳 能 电 池.首 先 测 量 了 其 无 光 照的(暗)伏安特性,如图4 所示.为便于比较,同 时给出了纯硅片 PN 结 二 极 管 的I-V 曲 线.与 硅 片 PN 结的I-V 特性相比,相同正电压下石墨烯/ 硅肖 特 基 结 的 电 流 大 约 是 纯 硅 片 的 10 倍.反 向 电压下,其反向饱和电流很小.这说明石墨 烯/硅 肖 特 基 结 具 有 良 好 的 伏 安 特 性 和 整 流 特 性 .石 墨 烯/硅肖特基结 的 伏 安 特 性 与 硅 PN 结 的 整 流 特 性很相似,说明制 备 的 石 墨 烯 薄 膜 主 要 以 空 穴 类 型导电,在此太阳能 电 池 中 发 挥 P 型 半 导 体 的 作 用.因 为 石 墨 烯 是 零 带 隙 半 导 体,其 能 带 结 构 在 K 空间成对顶的 双 锥 形,费 米 面 的 位 置 决 定 了 其 导电类型,若费米面在狄拉克点之上,石墨烯为 N 型.反之,则为 P 型.因此易控制其导电类型.
图 5 石 墨 烯/硅 肖 特 基 结 太 阳 能 电 池 的 光 电 流 特 性
以甲烷作为反 应 气 体,利 用 化 学 气 相 沉 积 法 法在硅衬底表面 上 沉 积 石 墨 烯 薄 膜,制 备 了 石 墨 烯/硅肖特基太 阳 能 电 池.利 用 原 子 力 显 微 镜 和 拉 曼 光 谱 和 光-电 流 谱 研 究 了 石 墨 烯 样 品 和 太 阳 能 电 池 的 光 电 特 性 .发 现 制 备 的 石 墨 烯 薄 膜 厚 度 为 几 个 原 子 层 ,薄 膜 表 面 均 匀 ,并 具 有 良 好 的 电 学 特 性 ,石 墨 烯/硅 肖 特 基 太 阳 能 电 池 的 能 量 转 换 效 率 可 达3.7% .说 明 制 备 的 石 墨 烯/硅 肖 特 基 势 垒 的太阳能电池具有良好的转换效率.
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物 理 实 验
第 33 卷
表面,在衬底表面 发 生 化 学 反 应 并 在 衬 底 表 面 上 成核,再通过范德 瓦 尔 斯 吸 引 力 吸 引 后 来 的 碳 原 子 ,并 与 之 成 键 形 成 六 角 网 状 结 构 的 石 墨 烯 薄 膜 . 通常,在 反 应 剂 充 足 的 情 况 下,CVD 的 淀 积 薄 膜 的速 度 是 非 常 快 的.在 本 实 验 中,所 用 甲 烷 的 体 积流量很小,只有5cm3/min,单 位 时 间 内 只 有 少 量 的 碳 原 子 到 达 硅 片 表 面 ,通 过 控 制 反 应 时 间 ,就 可以 得 到 超 薄 的 石 墨 烯 薄 膜.反 应 完 成 后,等 石 英管 温 度 降 到 室 温,取 出 样 品,利 用 光 学 显 微 镜、 电 流/电 压 测 试 装 置 和 霍 尔 效 应 进 行 样 品 表 面 形 貌观察和光电学特性分析.
3 结 果 与 讨 论
原子力显微镜是表征石墨烯材料的最直接有 效的手段[15-16].图2为石墨烯 样 品 在 原 子 力 显 微 镜下观 察 到的图像.可以看出,在 Si片表面 形 成 连续、大 面 积 均 匀 的 石 墨 烯 薄 膜.薄 膜 表 面 非 常 光滑,虽 然 还 有 少 部 分 岛 状,如 果 延 长 沉 积 时 间, 将有可能形成大面积均匀的石墨烯薄膜.
第5期
吕 孝 鹏 ,等 :石 墨 烯/硅 肖 特 基 太 阳 能 电 池 的 光 电 特 性
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其暗伏安特性相比(图4),相同 电 压 下,其 光 电 流 比暗 电 流 大 了 30 倍 以 上.这 是 由 于 石 墨 烯 不 仅 对可见光几乎是 透 明 的,而 且 是 零 带 隙 的 半 导 体 材料,在很小的光 能 量 照 射 下 即 能 产 生 电 子 空 穴 对,而硅材料只能 对 特 定 频 率 或 颜 色 的 光 发 生 反 应而产生光 生 电 子 空 穴 对.石 墨 烯/硅 肖 特 基 结 太阳能电池的光 伏 效 应 原 理 如 图 6 所 示,当 白 光 照 到 石 墨 烯 表 面 ,由 于 石 墨 烯 是 零 带 隙 材 料 ,很 容 易形成空 穴-电 子 对.当 光 生 的 电 子 扩 散 到 石 墨 烯/硅界面时,在 石 墨 烯/硅 肖 特 基 结 内 部 电 场 的 作用下,光生电子则被扫到 N 型Si区,因此,在Si 表 面 形 成 电 子 堆 积 层 .光 生 空 穴 在 内 建 电 场 的 作 用 下 返 回 到 石 墨 烯 表 面 形 成 空 穴 垒 积 层.石 墨 烯 、硅 上 下 表 面 分 别 形 成 正 负 电 荷 的 垒 积 层 ,形 成 电 压 差 ,形 成 光 伏 效 应 .
石 墨 烯 的 生 长 过 程 可 以 分 为 两 步 :首 先 ,气 态 反应剂甲烷在高 温 下 分 解 为 碳 原 子 和 氢 气,在 气 相输运作用下碳 原 子 到 达 硅 片 表 面,并 被 吸 附 到
收 稿 日 期 :2012-11-11;修 改 日 期 :2013-03-19 资 助 项 目 :苏 州 市 科 技 计 划 项 目 资 助 (No.SYG201121) 作 者 简 介 :吕 孝 鹏 (1990- ),男 ,江 苏 镇 江 人 ,苏 州 科 技 学 院 数 理 学 院 2009 级 本 科 生 . 指 导 教 师 :马 锡 英 (1965- ),女 ,甘 肃 兰 州 人 ,苏 州 科 技 学 院 数 理 学 院 教 授 ,博 士 ,研 究 方 向 为 光 电 材 料 与 器 件 .
本文利用 化 学 气 相 沉 积 (CVD)法 制 备 石 墨 烯薄 膜.实 验 装 置 如 图 1 所 示,该 化 学wk.baidu.com反 应 系 统 由 4 部 分 构 成 :石 英 管 构 成 的 反 应 沉 积 室 、真 空 抽 气 系 统 、气 体 流 量 计 和 温 度 控 制 系 统 .
图 1 化 学 气 相 沉 积 法 制 备 石 墨 烯 薄 膜 的 实 验 装 置
衬底采用电阻率为 3~5 Ω·cm、晶 向 (100) 的 N 型硅(Si)片,用稀 HF 酸浸泡15min去除 Si 表面的 SiO2,再依次用 丙 酮、乙 醇、去 离 子 水 超 声 波清 洗,去 除 硅 片 上 的 有 机 物,最 后 用 氮 气 吹 干, 放入石英管.打开真空泵,将 石 英 管 抽 至 10-1 Pa 左 右 的 真 空 状 态 ,通 入 甲 烷 和 氩 气 ,甲 烷 的 体 积 流 量为5cm3/min,使 氩 气 与 甲 烷 的 体 积 流 量 比 为 3∶1.调节好通 气 流 量,保 持 甲 烷 和 氩 气 均 能 均 匀流 入.反 应 温 度 为 950 ℃,反 应 时 间 为 5~ 10 min,反 应 气 压 为 40Pa.
肖特基太阳能电池 的 能 量 转 换 效 率 为 3.7%.该 效率超过已发表的单个石墨烯层太阳能电池的转 换效率2.15% 和 [20] 1.47%[21],说 明 制 备 的 样 品 质量较好.
图 7 石 墨 烯/硅 肖 特 基 太 阳 能 电 池 在 光 照 和 无光照条件下的响应特性
4 结 论
关 键 词 :石 墨 烯/硅 肖 特 基 ;太 阳 能 电 池 ;化 学 气 相 沉 积 ;光 电 性 质 ;转 换 效 率 中 图 分 类 号 :O484.4 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1005-4642(2013)05-0001-04
1 引 言
2 实 验
第5期
2013年5月
PHYSI物CS E理XP ER实IM E验NTATION
Vol.33 No.5 May,2013
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石墨烯/硅肖特基太阳能电池的光电特性
图 2 石 墨 烯 样 品 在 原 子 力 显 微 镜 下 的 图 像
图3 为 石 墨 烯 样 品 的 拉 曼 光 谱,图 中 有 2 个 锐 利 的 拉 曼 振 动 峰 ,一 个 位 于1 580cm-1附 近 ,另 一个位于2 692cm-1处.前 者 称 为 G 峰,来 源 于 一阶 E2g声 子 的 平 面 振 动,它 反 映 材 料 的 对 称 性 和有序性[17].后者称为 D 峰,是 双 声 子 共 振 拉 曼 峰,其强度反映石 墨 烯 的 堆 叠 程 度[18].石 墨 烯 层 数越多,碳 原 子 的 sp2 振 动 越 强,G 峰 越 高.而 石 墨烯层数越少,G 峰越小,D 峰越高[19].D 峰 与 G 峰的强度比I2D∶IG=14,说明制备的石墨烯 的 层 数 很 少 ,石 墨 烯 薄 膜 质 量 很 好 .
吕孝鹏,邓雅丽,许元鲜,王珊珊,何 杰,马锡英
(苏州科技学院 数理学院,江苏 苏州 215011)
摘 要:以甲烷作为反应气体,利用化学气相沉积法在硅衬底表面上沉积石墨烯薄膜,制备了石墨 烯/硅 肖 特 基 太 阳 能电池.利用原子力显微镜和拉曼光谱观察了石墨烯薄膜的表面形貌,并用紫外-可见光光谱仪和光-电流测 试 仪 器 研 究 了石墨烯样品和太阳电池的光电特性.实验结果表明:制 备 的 石 墨 烯 薄 膜 厚 度 为 几 个 原 子 层 ,薄 膜 表 面 均 匀,并 具 有 良 好 的 电 学 特 性 ,石 墨 烯/硅 太 阳 能 电 池 的 能 量 转 换 效 率 可 达 3.7% .
石墨烯是单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝 状 结 构 的 新 型 晶 体 材 料 [1-2].2004 年 ,英 国 曼 彻 斯 特大学 Geim 教授等用微机 械 剥 离 方 法 将 加 热 的 石墨剥离为只有几个原 子 层 的 石 墨 层 片[3].研 究 发 现 当 石 墨 层 的 层 数 少 于 10 层 时 ,表 现 出 与 三 维 石墨不同的 电 子 结 构[4].将 10 层 以 下 的 石 墨 材 料 统 一 称 为 石 墨 烯 .石 墨 烯 的 理 论 比 表 面 积 高 达 2 600m2/g [5],具 有 突 出 的 导 热 性 能 [3 000 W/ (m·K)]和最 高 的 强 度 (1 060 GPa)[6]以 及 室 温 下最快的 电 子 迁 移 率 [15 000cm2/(V·s)][7]. 石墨烯还具有完 美 的 量 子 隧 道 效 应、半 整 数 的 量 子霍尔效应和永不消失的电导率等一系列性 质 和 [8-11] 优异的光 学 性 质.这 些 特 性 已 引 起 了 科 学界巨大 兴 趣,掀 起 石 墨 烯 的 研 究 热 潮 .由 [12-14] 于石 墨 烯 中 电 子 的 迁 移 率 比 硅 中 电 子 快 100 倍, 且其光 透 过 率 高 达 97.7%,只 有2.3% 的 光 可 被 吸收,可 以 说,石 墨 烯 对 所 有 的 光 几 乎 是 透 明 的, 可 用 于 制 备 高 电 导 率 的 透 明 导 电 膜 .如 将 石 墨 烯 替 代 贵 金 属 基 的 材 料 ,制 备 石 墨 烯 太 阳 能 电 池 ,可 以 减 缓 资 源 、能 源 与 环 境 的 压 力 ;还 可 以 用 石 墨 烯 膜作为透明导电薄 膜 替 代 铟 锡 氧 化 物 (ITO 透 明 导 电 玻 璃 )等 透 明 导 电 材 料 ,用 于 制 备 各 种 光 电 子 器件,如 夜 视 系 统、天 文 望 远 镜 及 半 导 体 传 感 器, 在有机薄膜太阳能电池等领域发挥重要作用.
图4 硅 PN 结与石墨烯/硅肖特基结的无光照伏安特性
用35 mW 的 白 光 作 为 光 源、利 用 Keithley 微电流计测量了该器件的光电流特性.图 5 为石 墨烯/硅肖特基 结 太 阳 能 电 池 的 光 电 流 特 性.可 看 出 ,其 开 路 电 压 (I=0 所 对 应 的 电 压 )为3.5V, 短路电流(V=0 所 对 应 的 电 流)为 -0.5 mA.与
图 3 石 墨 烯 样 品 的 拉 曼 光 谱
在 N 型硅衬 底 的 背 面 蒸 Al电 极 作 为 阴 极, 石墨烯作为透明 导 电 薄 膜 为 电 池 的 阳 极,形 成 石 墨烯/硅肖特基 太 阳 能 电 池.首 先 测 量 了 其 无 光 照的(暗)伏安特性,如图4 所示.为便于比较,同 时给出了纯硅片 PN 结 二 极 管 的I-V 曲 线.与 硅 片 PN 结的I-V 特性相比,相同正电压下石墨烯/ 硅肖 特 基 结 的 电 流 大 约 是 纯 硅 片 的 10 倍.反 向 电压下,其反向饱和电流很小.这说明石墨 烯/硅 肖 特 基 结 具 有 良 好 的 伏 安 特 性 和 整 流 特 性 .石 墨 烯/硅肖特基结 的 伏 安 特 性 与 硅 PN 结 的 整 流 特 性很相似,说明制 备 的 石 墨 烯 薄 膜 主 要 以 空 穴 类 型导电,在此太阳能 电 池 中 发 挥 P 型 半 导 体 的 作 用.因 为 石 墨 烯 是 零 带 隙 半 导 体,其 能 带 结 构 在 K 空间成对顶的 双 锥 形,费 米 面 的 位 置 决 定 了 其 导电类型,若费米面在狄拉克点之上,石墨烯为 N 型.反之,则为 P 型.因此易控制其导电类型.
图 5 石 墨 烯/硅 肖 特 基 结 太 阳 能 电 池 的 光 电 流 特 性
以甲烷作为反 应 气 体,利 用 化 学 气 相 沉 积 法 法在硅衬底表面 上 沉 积 石 墨 烯 薄 膜,制 备 了 石 墨 烯/硅肖特基太 阳 能 电 池.利 用 原 子 力 显 微 镜 和 拉 曼 光 谱 和 光-电 流 谱 研 究 了 石 墨 烯 样 品 和 太 阳 能 电 池 的 光 电 特 性 .发 现 制 备 的 石 墨 烯 薄 膜 厚 度 为 几 个 原 子 层 ,薄 膜 表 面 均 匀 ,并 具 有 良 好 的 电 学 特 性 ,石 墨 烯/硅 肖 特 基 太 阳 能 电 池 的 能 量 转 换 效 率 可 达3.7% .说 明 制 备 的 石 墨 烯/硅 肖 特 基 势 垒 的太阳能电池具有良好的转换效率.
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物 理 实 验
第 33 卷
表面,在衬底表面 发 生 化 学 反 应 并 在 衬 底 表 面 上 成核,再通过范德 瓦 尔 斯 吸 引 力 吸 引 后 来 的 碳 原 子 ,并 与 之 成 键 形 成 六 角 网 状 结 构 的 石 墨 烯 薄 膜 . 通常,在 反 应 剂 充 足 的 情 况 下,CVD 的 淀 积 薄 膜 的速 度 是 非 常 快 的.在 本 实 验 中,所 用 甲 烷 的 体 积流量很小,只有5cm3/min,单 位 时 间 内 只 有 少 量 的 碳 原 子 到 达 硅 片 表 面 ,通 过 控 制 反 应 时 间 ,就 可以 得 到 超 薄 的 石 墨 烯 薄 膜.反 应 完 成 后,等 石 英管 温 度 降 到 室 温,取 出 样 品,利 用 光 学 显 微 镜、 电 流/电 压 测 试 装 置 和 霍 尔 效 应 进 行 样 品 表 面 形 貌观察和光电学特性分析.
3 结 果 与 讨 论
原子力显微镜是表征石墨烯材料的最直接有 效的手段[15-16].图2为石墨烯 样 品 在 原 子 力 显 微 镜下观 察 到的图像.可以看出,在 Si片表面 形 成 连续、大 面 积 均 匀 的 石 墨 烯 薄 膜.薄 膜 表 面 非 常 光滑,虽 然 还 有 少 部 分 岛 状,如 果 延 长 沉 积 时 间, 将有可能形成大面积均匀的石墨烯薄膜.
第5期
吕 孝 鹏 ,等 :石 墨 烯/硅 肖 特 基 太 阳 能 电 池 的 光 电 特 性
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其暗伏安特性相比(图4),相同 电 压 下,其 光 电 流 比暗 电 流 大 了 30 倍 以 上.这 是 由 于 石 墨 烯 不 仅 对可见光几乎是 透 明 的,而 且 是 零 带 隙 的 半 导 体 材料,在很小的光 能 量 照 射 下 即 能 产 生 电 子 空 穴 对,而硅材料只能 对 特 定 频 率 或 颜 色 的 光 发 生 反 应而产生光 生 电 子 空 穴 对.石 墨 烯/硅 肖 特 基 结 太阳能电池的光 伏 效 应 原 理 如 图 6 所 示,当 白 光 照 到 石 墨 烯 表 面 ,由 于 石 墨 烯 是 零 带 隙 材 料 ,很 容 易形成空 穴-电 子 对.当 光 生 的 电 子 扩 散 到 石 墨 烯/硅界面时,在 石 墨 烯/硅 肖 特 基 结 内 部 电 场 的 作用下,光生电子则被扫到 N 型Si区,因此,在Si 表 面 形 成 电 子 堆 积 层 .光 生 空 穴 在 内 建 电 场 的 作 用 下 返 回 到 石 墨 烯 表 面 形 成 空 穴 垒 积 层.石 墨 烯 、硅 上 下 表 面 分 别 形 成 正 负 电 荷 的 垒 积 层 ,形 成 电 压 差 ,形 成 光 伏 效 应 .
石 墨 烯 的 生 长 过 程 可 以 分 为 两 步 :首 先 ,气 态 反应剂甲烷在高 温 下 分 解 为 碳 原 子 和 氢 气,在 气 相输运作用下碳 原 子 到 达 硅 片 表 面,并 被 吸 附 到
收 稿 日 期 :2012-11-11;修 改 日 期 :2013-03-19 资 助 项 目 :苏 州 市 科 技 计 划 项 目 资 助 (No.SYG201121) 作 者 简 介 :吕 孝 鹏 (1990- ),男 ,江 苏 镇 江 人 ,苏 州 科 技 学 院 数 理 学 院 2009 级 本 科 生 . 指 导 教 师 :马 锡 英 (1965- ),女 ,甘 肃 兰 州 人 ,苏 州 科 技 学 院 数 理 学 院 教 授 ,博 士 ,研 究 方 向 为 光 电 材 料 与 器 件 .
本文利用 化 学 气 相 沉 积 (CVD)法 制 备 石 墨 烯薄 膜.实 验 装 置 如 图 1 所 示,该 化 学wk.baidu.com反 应 系 统 由 4 部 分 构 成 :石 英 管 构 成 的 反 应 沉 积 室 、真 空 抽 气 系 统 、气 体 流 量 计 和 温 度 控 制 系 统 .
图 1 化 学 气 相 沉 积 法 制 备 石 墨 烯 薄 膜 的 实 验 装 置
衬底采用电阻率为 3~5 Ω·cm、晶 向 (100) 的 N 型硅(Si)片,用稀 HF 酸浸泡15min去除 Si 表面的 SiO2,再依次用 丙 酮、乙 醇、去 离 子 水 超 声 波清 洗,去 除 硅 片 上 的 有 机 物,最 后 用 氮 气 吹 干, 放入石英管.打开真空泵,将 石 英 管 抽 至 10-1 Pa 左 右 的 真 空 状 态 ,通 入 甲 烷 和 氩 气 ,甲 烷 的 体 积 流 量为5cm3/min,使 氩 气 与 甲 烷 的 体 积 流 量 比 为 3∶1.调节好通 气 流 量,保 持 甲 烷 和 氩 气 均 能 均 匀流 入.反 应 温 度 为 950 ℃,反 应 时 间 为 5~ 10 min,反 应 气 压 为 40Pa.
肖特基太阳能电池 的 能 量 转 换 效 率 为 3.7%.该 效率超过已发表的单个石墨烯层太阳能电池的转 换效率2.15% 和 [20] 1.47%[21],说 明 制 备 的 样 品 质量较好.
图 7 石 墨 烯/硅 肖 特 基 太 阳 能 电 池 在 光 照 和 无光照条件下的响应特性
4 结 论
关 键 词 :石 墨 烯/硅 肖 特 基 ;太 阳 能 电 池 ;化 学 气 相 沉 积 ;光 电 性 质 ;转 换 效 率 中 图 分 类 号 :O484.4 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1005-4642(2013)05-0001-04
1 引 言
2 实 验