肖特基型GaAs纳米线在电场中的定向排布规律研究

The stability is one of the major challenges of flexible solar cells in the promising applications in the wearable and portable powers in the future. Dealing with this, this study plans to use the solid source chemical vapor deposition method to synthesize GaAs nanowires (NWs) with tunable Schottky contact barrier height with the metal catalyst seeds. Then, the kinetics of the polar GaAs NWs in electrophoretic system will be well investigated, aiming at aligning high density horizontal NW array thin films according to their polar direction by electrophoresis. And at last, the Schottky contacted solar cells will be easily fabricated by typical photolithography technology. Due to the high photon to electricity conversion efficiency of GaAs, and due to the anti-stress effect of the NWs in the deformation of flexible substrates, the NW array thin film with uniform polar direction is potential in applications in stable and high efficiency flexible photovotaics. The results of this project will not only help to develop another method for fabrication of stable flexible solar cells, but also provide a good example for the electrophoresis technology for other functional device fabrications.

柔性太阳能电池在未来可穿戴及便携式电源领域具有广阔的应用前景，然而材料自身化学稳定性及弯曲过程中的机械稳定性是限制其应用的关键问题之一。针对此问题，本研究采用自身稳定的无机GaAs光伏材料，通过将其制作成纳米线阵列薄膜的方式提高机械稳定性。主要采用固态源化学气相沉积技术在非晶基底上合成GaAs纳米线材料，调控纳米线与诱导其生长的金属催化剂之间肖特基接触势垒的高低，探索极性肖特基型GaAs纳米线在电场中静电引力与色散力作用下的运动规律，通过电泳沉积的方法将其在柔性基底上按极性排列成高密度薄膜，并使用光刻工艺制作结构简单、稳定高效的肖特基型柔性光伏器件。本项目的相关研究成果不仅为柔性太阳能电池的制作提供新的技术途径，还将为电泳体系制作其他功能器件提供参考依据。

本项目以GaAs纳米线在未来柔性太阳能电池领域的应用为研究目的，针对极性肖特基型GaAs纳米线的可控合成、结构表征、性能测试及阵列组装等方面面临的科学技术问题，通过诱导GaAs纳米线生长的金属催化剂调控，实现了催化剂分子外延合成直径、取向等可控的纳米材料；通过化学法合成的金溶胶催化剂合成了具有新型Ga/GaAs肖特基结构的纳米线，展示了具有0.1 eV肖特基势垒的原位异质结；通过双源法、二步法合成工艺及表面活性剂辅助的化学气相沉积工艺，合成了直径、生长方向可控的均匀纳米线，并借助接触印刷技术制作了纳米线阵列；通过开发的多层接触印刷技术及配合的XRD表征技术，揭示了<111>生长方向的GaAs纳米线具有比<110>生长方向更高的与金电极的接触势垒（0.3-0.4 eV）；同时，利用上述材料合成技术合成了具有高空穴迁移率的GaSb和InP纳米线，展示出高达330及2000cm2/Vs的空穴和电子迁移率；此外，还针对III-V族纳米线表面能级的调控，开发了金属氧化物与InAs和InP纳米线表面形成异质结的技术，成功地调控了纳米线场效应晶体管的阈电压。项目共发表SCI论文13篇，其中包括2篇综述与11篇研究进展；申请一项发明专利；培养一名硕士研究生，另有一名在读硕士生；参加国际会议4次，做大会邀请报告1次、口头报告2次和墙报1次。发表的论文被他人引用约20次，其中部分成果得到了他人论文中的正面评价，部分成果还在过程所内部杂志及中国科学院英文网站上得到了展示。