基于石墨烯材料的光电子器件应用研究

目录

第一章绪论 (1)

1.1 光与半导体物质的相互作用概论 (1)

1.1.1 光与半导体中电子的相互作用 (1)

1.1.2 光伏效应简介 (2)

1.1.3 光电导效应简介 (5)

1.2 石墨烯材料性质概述 (7)

1.3 基于石墨烯材料的光电子器件研究进展概述 (9)

1.3.1 石墨烯/单晶硅肖特基结太阳能电池研究进展概述。 (9)

1.3.2 石墨烯光电探测器研究进展概述 (11)

1.4 有机-无机杂化钙钛矿材料简介 (13)

1.5 选题的意义和研究内容 (13)

第二章顶栅结构石墨烯/单晶硅太阳能电池研究 (15)

2.1 引言 (15)

2.2 实验部分 (15)

2.2.1 石墨烯材料的制备 (15)

2.2.2 器件制作 (17)

2.3 结果与讨论 (20)

2.3.1 石墨烯材料表征 (20)

2.3.2 石墨烯/硅太阳能电池性能分析 (21)

2.4 本章小结 (26)

第三章纳米钙钛矿颗粒/石墨烯光电探测器件研究 (27)

3.1 引言 (27)

3.2 实验部分 (28)

3.2.1 钙钛矿纳米颗粒的合成 (28)

3.2.2 器件制作 (28)

3.3 结果与讨论 (30)

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3.3.1 钙钛矿纳米颗粒/石墨烯复合材料的性质表征 (30)

3.3.2 钙钛矿纳米颗粒/石墨烯光电探测器的性能研究 (32)

3.3.3 钙钛矿纳米颗粒与石墨烯之间的电荷转移机制分析 (36)

3.4 本章小结 (39)

第四章单根钙钛矿纳米线光电探测器件应用研究 (40)

4.1 引言 (40)

4.2 实验部分 (40)

4.2.1 钙钛矿纳米线的合成 (40)

4.2.2 器件制作 (41)

4.3 结果与讨论 (43)

4.3.1 钙钛矿纳米线的性质表征 (43)

4.3.2 基于单根钙钛矿纳米线的光电探测器件性能研究 (44)

4.3.3 单根钙钛矿纳米线传输性质研究 (47)

4.4 本章小结 (53)

第五章总结与展望 (54)

参考文献 (56)

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文 (66)

致谢 (67)

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基于石墨烯材料的光电子器件应用研究第一章绪论

第一章绪论

2004年英国科学家通过机械剥离的物理方法成功制备得到了一种新型纳米碳材料—石墨烯。由于其具有特殊的二维晶格结构和量子限域效应，因而具有与宏观尺寸不同的光、电、磁、热、力学等特性[1-6]。据文献报道[7-12]，石墨稀的导热系数可达5300W/m.K；常温下，石墨稀的电子迁移率可以超过15000cm2/V.s；而且石墨稀几乎是完全透明的，单层石墨烯只能吸收约2.3%的光。由于石墨稀独特的性质，其在光电子应用领域有广阔的前景和巨大的经济效益[4,13]。近年来，石墨烯在光电转化领域中的应用更是引起了研究人员的关注。然而，如何制备高质量石墨烯并成功应用于器件领域仍然是一个严峻的挑战。比如，石墨烯具有很高的迁移率，但是它的吸光很弱；而且它的半金属性质使得其不具备一定的带隙，这些都影响其在光电子器件领域的广泛应用。本文的工作则是致力于发挥石墨烯的独特的优势，克服其自身的不足，通过与其他功能材料相结合的方式来实现基于石墨烯的高效光电子器件。

1.1 光与半导体物质的相互作用概论

1.1.1 光与半导体中电子的相互作用

半导体物质能级之间的跃迁一般伴随着光的吸收和辐射．这是电子与光场相互作用的结果。在半导体物质体系内，当电子与光子发生相互作用时，电子可以吸收光子的能量由低能级跃迁到高能级，也可以从高能级跃迁到低能级放出能量。

从高能级跃迁到低能级时，如果将放出的能量转变为晶格的热运动能而不产生辐射，则此过程称为无辐射跃迁或热弛豫现象。如果跃迁以辐射光子的形式释放出能量，则称为辐射跃迁。著名物理学家爱因斯坦在1917年提出了受激辐射的理论，由此使人们认识到，物质与光子的相互作用主要涉及三种过程，即受激吸收、自发辐射和受激辐射。在实际的粒子系统中，这三种过程是同时存在并相互关联的。

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