Understanding and removing surface states limiting charge transport in TiO(2) nanowire arrays for enhanced optoelectronic device performance.
Understanding and removing surface states limiting charge transport in TiO(2) nanowire arrays for enhanced optoelectronic device performance.
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了解并消除限制 TiO2 纳米线阵列中电荷传输的表面态，以增强光电器件性能
DOI：
10.1039/c5sc04076k
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发表时间：
2016-03-01
期刊：
影响因子：
8.4
通讯作者：
Feng X
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Sheng X;Chen L;Xu T;Zhu K;Feng X
一种有效的湿化学方法被证明可以最小化限制金红石型二氧化钛纳米线阵列中电子传输的陷阱态，这导致电子扩散系数增加20倍以上。电极材料内部的电荷传输是决定光电子器件性能的关键。取向的单晶二氧化钛纳米线阵列提供了理想的电子传输路径，并有望具有更高的电子迁移率。不幸的是，人们发现它们的传输并不比纳米颗粒薄膜中的传输更好。结果表明，金红石型二氧化钛纳米线的低电子输运主要是由相对较深能级的表面陷阱引起的，而传统的方法如氧退火处理不能消除这些陷阱。此外，我们展示了一种有效的湿化学方法来最小化这些陷阱态，导致电子扩散系数增加20倍以上，太阳能电池性能提高62%。根据我们的研究结果，可以开发和很好地利用TiO2NWS的潜力，这对其实际应用具有重要意义。
An effective wet-chemistry approach is demonstrated to minimize the trap states that limit electron transport in rutile TiO2 nanowire arrays, this leads to an over 20-fold enhancement in the electron diffusion coefficient. Charge transport within electrode materials plays a key role in determining the optoelectronic device performance. Aligned single-crystal TiO2 nanowire arrays offer an ideal electron transport path and are expected to have higher electron mobility. Unfortunately, their transport is found not to be superior to that in nanoparticle films. Here we show that the low electron transport in rutile TiO2 nanowires is mainly caused by surface traps in relatively deep energy levels, which cannot be removed by conventional approaches, such as oxygen annealing treatment. Moreover, we demonstrate an effective wet-chemistry approach to minimize these trap states, leading to over 20-fold enhancement in electron diffusion coefficient and 62% improvement in solar cell performance. On the basis of our results, the potential of TiO2 NWs can be developed and well-utilized, which is significantly important for their practical applications.
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