用于聚合物光伏应用的ZnO和TiO2纳米线阵列氮等离子体处理

摘要： 本工作报道了一种简单而独特的方法，通过在高动能射频产生的N2等离子体自由基暴露过程中进行可控氮掺杂，改善金红石型TiO2和纤锌矿型ZnO纳米线垂直阵列的光电性能。形态学上，等离子体处理导致纳米线弱范德华力聚集体的解离，从而破坏了纳米线的垂直排列。光谱分析表明，等离子体处理使TiO2阵列的光透过率从48%提升至90%，ZnO阵列在可见光至紫外波段的光透过率从70%提高到90%。合成的TiO2阵列本征带隙为3.13 eV，经N2处理后降至3.03 eV；ZnO阵列带隙则从3.20 eV降至3.17 eV。对Ti和Zn的3d过渡金属近边精细结构研究表明，N2等离子体处理使TiO2和ZnO晶格均实现氮掺杂，这一结论通过扫描透射电子显微镜结合单根纳米线的能量色散X射线能谱图得到证实，显示氮元素在整个金属氧化物中均匀分布。将这些结构应用于P3HT:PCBM聚合物混合物时，无论是未掺杂还是氮掺杂纳米线，都能逐步增强光活性层的光致发光猝灭效应。