金属氧化物/硫化物纳米功能材料的可控自组装及其光电器件

Inorganic semiconductor nanomaterials have tremendous potential applications in sensors, field-emmision devices and solar cells. Sizes, controllable morphology nanomaterials and its electronic/optoelectric devices are one of promising research fields. Control and regulate namometerials dimensional, size and morphorlages can significantly improve the optoelectric properties of the devices such as detectivity of photodetectors and energy conversion efficiency of solar cells. In order to explore new semiconductor nanostructures for high-performance optoelectric devices, in this project, we aim to fabricate multi-dimensional oxide/sulfide semiconductors via hydrothermal self-assembly and Schlenk line techniques methods, as well as the growth mechanism, optoelectric and solar cells performance. These studies are very useful and helpful for developing nanomaterials-based photodetectors and solar cells.

无机半导体材料在传感器、场发射器以及新型太阳能电池等光电器件方面有巨大的潜在应用前景。尺寸、形貌可控的纳米功能材料制备及其电子或光电器件是未来重要的发展方向之一。通过调节无机半导体纳米材料维度、尺寸、形貌等可以显著提高器件的光电性能，例如传感器的探测灵敏度，太阳能电池的转换效率。为了探索用于高性能光电器件的半导体纳米材料，本项目拟利用水热自组装和史莱克技术，制备多维氧化物/硫化物半导体纳米材料，同时研究纳米材料的生长机制、光电性能和太阳能电池的光电转换效率。这些研究对于发展高性能光电探测器、新型太阳能电池具有重要意义。

该项目基本上按计划进行。项目计划书中提出的利用水热自组装和史莱克技术制备多维氧化物/硫化物半导体纳米材料，同时研究纳米材料的生长机制及光电转换性能的目标已基本达到。三年来项目执行完成情况以及取得的成果简介如下：.(1)通过对现有纳米功能材料的制备和应用研究进行归纳总结和对比分析，我们发现利用金属氧化物/硫化物半导体纳米材料组装电子器件，不但有可能突破电子器件在小型化上遇到的难题， 而且由于纳米材料本身的优良特性，其构建的纳米器件也将可能具有更好的性能。但是目前常见的金属氧化物/硫化物半导体纳米材料中常含有重金属有毒离子Cd2+，Pb2+ （如CdS，CdSe，PbS等），在制备的过程中会对人体和环境造成极大伤害和污染。相比之下，低成本、高产率、环境友好型的半导体纳米材料成为纳米材料研究的趋势，材料的生长机制和器件性能成为研究的重中之重。于是，我们将研究重点放在环境友好型金属半导体氧化物（ZnO）和硫化物纳米材料（FeS2）上，设计了利用水热法自组装ZnO纳米线阵列和史莱克技术制备形貌可控的FeS2纳米晶体，并对其形貌、结构进行表征。相关工作，在J. Mater. Chem. A, Phys. Chem. Chem. Phys., RSC Adv., Nanoscale Res. Lett., Compos. Sci. Technol.等期刊上发表SCI论文多篇。.(2)在ZnO紫外光电探测器和FeS2近红外探测器方面取得了较好的进展。相关研究结果发表在RSC Adv上。.(3)在完成项目计划的基础上，也对静电纺丝法制备功能纳米纤维及光电器件进行了研究。如我们成功用静电纺丝制备技术制备了Ce掺杂氧化锌纳米纤维并探索其在场效应晶体管和p-n结整流器件方面的应用。