Cu2S、CuInS2纳米结构的合成及其光电性能的研究

摘要

本论文对两种不同的硫化物:Cu2S和CuInS2,分别进行了详细的介绍。Cu2S是常见间接带隙的p型半导体中的一种,块材的带隙接近为1.2eV。因此在光电方面具有潜在的应用价值,而且Cu2S在自然界中以辉铜矿的形式大量存在,因此合成Cu2S半导体材料的成本较低。到目前为止,Cu2S已经应用过制备太阳能电池、光电器件、光催化以及其他一些光电方面的应用,因此对Cu2S的光电性能的研究将在未来的发展中具有很大的价值。CuInS2是一种带隙为1.5eV的P型半导体,它属于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物,其分子结构一般为黄铜矿结构,由于它是一种直接带隙的半导体,因此对太阳光具有较大的吸收系数,且在长时间的光照激发下能够保持稳定等优势,使得近些年人们将其大量应用于制备太阳能电池的光吸收材料并取得了一些显著的成果,因此研究CuInS2半导体纳米材料的光电方面的性能,有助于我们今后进一步提高其性能。
　　本论文首先直接在Cu片上合成了Cu2S纳米材料,使用的是操作简单的液相法。接着将Cu2S薄膜转移到PDMS上,成功的制作了柔性的Cu2S光探测器。最后将其应用于对紫外光和近红外光的光传感测试并得到较好的结果。同时本文还将其用与制作气体传感器,发现材料对NH3具有一定的响应。最后将其应用于制作量子点敏化太阳能电池(TiO2为光阳极,CdS量子点敏化)的对电极,与Pt进行对比发现Cu2S性能更好。
　　接下来,本论文合成了CuInS2三元硫化物,并且对它的光电方面的性能进行了研究。首先,我们通过两种不同的液相法(水热法和回流法)分别获得了球状和花状的纳米结构。接着通过刮片的方法将材料涂覆在FTO玻璃上,与镀有Pt的对电极组合成光电器件,在太阳能下进行测试发现花状结构的样品比球状结构的样品性能更好。最后我们还将其与石墨烯进行混合希望提高材料的光电性能,通过实验发现添加石墨烯的样品其光电性能确实有了一定程度的提高,并且通过实验证明了光电流的提高并不是由石墨烯本身吸收光能产生的,石墨烯只是起到一个辅助电子传输的作用。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 课题的背景和发展现状

1.3 课题的研究意义和实验内容

2 研究中所涉及的理论基础

2.1 引言

2.2 纳米的起源及发展

2.3 纳米的定义和纳米材料的分类

2.4 纳米材料具有的特性

2.5 合成纳米材料的方法

2.6 表征纳米材料的方法

2.7 本章小结

3 Cu2S纳米结构的合成、表征以及测试

3.1 引言

3.2 Cu2S纳米结构的合成

3.3 Cu2S的表征

3.4 Cu2S性能的测试

3.5 本章小结

4 CuInS2纳米结构的合成、表征以及测试

4.1 引言

4.2 CuInS2纳米结构的合成

4.3 CuInS2纳米材料的表征

4.4 光电性能测试

4.5 本章小结

5 CuInS2/石墨烯混合物的光电性质的研究

5.1 引言

5.2 花状CuInS2/石墨烯混合物的光电性质测试

5.3 球状CuInS2/石墨烯混合物的光电性质测试

5.4 石墨烯的光电性能测试

5.5 本章小结

6 总结以及展望

6.1 工作总结与结论

6.2 问题以及展望

致谢

参考文献