PBPB纳米线的电学性能表征如图2.6所示。随着电解质TBAP浓度的增加，PBPB纳米线的电导能力急剧增加。当电解质浓度大于 0.2 mol/L时，PBPB纳米线中Cl元素的量基本上是一个定值。即PBPB纳米线的导电能力与电解质TBAP的掺杂水平关系很大。......
2023-06-30
PBPB/CdS异质结纳米线的电学性能研究
【摘要】：对于PBPB/CdS P-N异质结纳米线阵列而言，其I-V曲线表现出独特的光控二极管性质。图4.31显示出了PBPB/CdS的P-N异质结纳米线阵列在不同光照强度下的I-V曲线。其性质正如预期的那样，PBPB/CdS P-N异质结纳米线阵列在室温条件下表现为一个典型的具有单向导通能力的二极管。PBPB/CdS P-N异质结纳米线阵列的这些特性使其可以作为一个功能强大的整流器应用在某些光电材料器件中的关键部位上。
图4.29 PBPB/CdS异质结纳米线的生长机理与微观结构表征
（a）不同生长阶段下聚合物PBPB分子链表面模型；（b）单根PBPB/CdS异质结纳米线的TEM图像，（c）PBPB和CdS的选择性区域电子衍射图像（图中右上角和右下角）；（d）PBPB/CdS异质结纳米线P-N异质结处的HRTEM图像
P-N异质结材料不仅能够说明有机和无机分子之间相互结合的重要信息，而且还能够整合和提高两种独立组分材料的物理和化学性质。在这部分工作中，PBPB/CdS的P-N异质结纳米线的电学性质是通过测量电流（I）与电压（V）即I-V曲线来研究的。相关的测量器件构筑如图4.30（a）所示。大体上来说，将AAO模板溶解，得到PBPB/CdS的P-N异质结纳米线阵列，选取一定大小的PBPB/CdS P-N异质结纳米线阵列膜（面积约为1 mm2）放在一个平整的金片上，随后，将一片ITO玻璃覆盖在纳米线阵列膜上。在整个实验过程中，需要确保金属铂片与ITO玻璃完全不接触。
图4.30 PBPB/ CdS异质结纳米线阵列器件示意图及其光电性能测试
（a）PBPB/ CdS异质结纳米线阵列处于ITO和金两个电极之间；（b）室温下，PBPB/ CdS异质结纳米线阵列在不同强度光照下的导电I-V曲线图
首先，来看单组分纳米线阵列的导电情况，PBPB纳米线阵列的导电曲线显示出其具有典型的半导体性质。通过计算可知，PBPB的导电率为1×10-4S/cm（图4.31（a）），而CdS纳米线阵列的I-V曲线显示，CdS也是一种优良的无机半导体材料，它的导电率在黑暗条件下是2.6×10-4S/cm，同时，随着外加光源强度的增加，CdS纳米线阵列的导电性能也随之增加。具体来说，在图4.31（b）中，CdS纳米线阵列的导电率在黑暗以及光照强度是22.6 mW/cm2和45.8 mW/cm2的条件下分别是2.6×10-4S/cm、5.0×10-4S/cm和6.7×10-4S/cm。对于PBPB/CdS P-N异质结纳米线阵列而言，其I-V曲线表现出独特的光控二极管性质。图4.31（b）显示出了PBPB/CdS的P-N异质结纳米线阵列在不同光照强度下的I-V曲线。首先，在黑暗条件下，PBPB/CdS的P-N异质结纳米线阵列反向偏压下的电流是非常低的，同时，电流随着电压的增加而逐渐增大，而在正向偏压下，通过PBPB/CdS P-N异质结纳米线阵列的电流也比较低，但有趣的是，随着光照强度的增加，PBPB/CdS的P-N异质结纳米线阵列的导电率增加明显。例如，在外加偏压为30 V的条件下，PBPB/CdS P-N异质结纳米线阵列二极管的整流比在不同光强下（黑暗、22.6 mW/cm2和45.8 mW/cm2）分别达到29.9 mW/cm2、116.2 mW/cm2和129.7 mW/cm2。其性质正如预期的那样，PBPB/CdS P-N异质结纳米线阵列在室温条件下表现为一个典型的具有单向导通能力的二极管。其中，PBPB/CdS P-N轴向异质结纳米线阵列在45.8 mW/cm2的光强照射下的整流比是其在黑暗条件下的4倍还多，即PBPB/CdS P-N轴向异质结纳米线阵表现出性能优越的光控整流特征。
图4.31 PBPB和CdS纳米线的光电性能
（a）在黑暗和光照条件下（22.6 mW/cm2和45.8 mW/cm2）PBPB纳米线阵列的导电I-V曲线图；（b）在黑暗和光照条件下（22.6 mW/cm2和45.8 mW/cm2）CdS纳米线阵列的导电I-V曲线图
图4.32 PBPB/CdS异质结纳米线和PPy/CdS异质结纳米线的能级图谱（计算方法为Becke、three-parameter、Lee-Yang-Parr（B3LYP）和6-31G× basis）
PBPB/CdS P-N异质结纳米线阵列在黑暗条件下也表现出二极管特性，原因是PBPB相对于CdS而言具有一个更大的能级带宽（图4.32）。CdS纳米线一端在合适波长的光照下产生的激子到达异质结附近，由于CdS和PBPB对电子的亲和力不同，因此其有效地游离在CdS和PBPB的界面处。这个过程中产生的电子和空穴也可以分别轻易地穿过CdS和PBPB两个组分处的P-N结。随着光照强度的增加，异质结纳米线中产生的电子和空穴对的数目也随之增加，从而使PBPB/CdS P-N异质结纳米线阵列在更强的光照强度下表现出更优异的二极管性质。PBPB/CdS P-N异质结纳米线阵列的这些特性使其可以作为一个功能强大的整流器应用在某些光电材料器件中的关键部位上。
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2023-06-30
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2023-06-30
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