二氧化锡/硫族化合物裂纹半导体薄膜的制备及光电性能研究

摘要

纳米半导体薄膜材料在能源、化工、通讯、医学等领域具有广泛应用。本论文主要研究了几种具有稠密网状微-纳裂纹结构的薄膜半导体光电材料如SnO2/CdS，SnO2/CdSe和CdS的制备、表征及其光电化学性能。主要内容如下:
　　(1)将SnCl2乙醇溶液回流和陈化制备的SnO2溶胶滴涂在导电玻璃上，热处理后得到具有稠密网状微-纳裂纹结构的SnO2薄膜;然后采用连续离子层吸附反应(SILAR)法在其表面修饰光敏剂CdS纳米粒子，制备出SnO2/CdS异质结层复合薄膜。用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能量色散X射线光谱(EDX)和X射线衍射仪(XRD)表征了SnO2/CdS的形貌和组成。考察了SILAR次数、SnO2溶胶陈化时间、牺牲剂种类对光电化学性能的影响，并予以解释。模拟可见光源的强度为100 mW cm-2时，优化条件下的SnO2/CdS复合薄膜作为光阳极在2 M NaOH+2 M CH3OH溶液中的饱和光电流密度可达10 mA cm-2，对应的光电转化效率为9.4％。
　　(2)先以上述溶胶-凝胶法在导电玻璃上制备具有稠密网状微-纳裂纹结构的SnO2薄膜，再以SILAR法在其表面修饰光敏剂CdSe纳米粒子，制备出SnO2/CdSe异质结层复合薄膜，并用SEM、XRD和拉曼光谱(Raman)表征其形貌和组成。考察了SILAR次数和牺牲剂种类对光电化学性能的影响，给出了合理解释。在100 mWcm-2的模拟可见光源下，SnO2/CdSe复合薄膜作为光阳极的饱和光电流密度可达8 mAcm-2，对应的光电转化效率为4.08％。
　　(3)先以气/液界面组装法得到CdS纳米薄膜，转移到导电玻璃上，再用SILAR法修饰CdS纳米粒子，热处理后得到具有稠密网状微-纳裂纹结构CdS薄膜。用SEM和XRD表征其形貌与组成。考察了牺牲剂种类对其光电性能的影响;与分别用气/液界面组装法和SILAR法制备的CdS薄膜的光电化学性能进行了对比，给出了合理的解释。在100 mW cm-2的模拟可见光源下，以气/液组装法和SILAR修饰法联合制备的CdS微-纳裂纹薄膜作为光阳极的饱和光电流密度可达6.5 mA cm-2，对应的光电转化效率高达11.25％。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 裂纹薄膜

1．2．1 薄膜应力

1．2．2 裂纹薄膜的制备方法

1．3 纳米半导体材料

1．3．1 纳米半导体材料的特性

1．3．2 半导体的种类

1．3．3 半导体的能带结构

1．4 半导体光电化学

1．4．1 光催化

1．4．2 光电化学

1．5 半导体的改性方法

1．5．1 异质结复合

1．5．2 量子点敏化

1．5．3 掺杂

1．5．4 表面金属沉积

1．6 纳米半导体材料的应用

1．6．1 量子点敏化太阳能电池及其结构

1．6．2 量子点敏化太阳能电池工作原理

1．7 本文构思与主要工作

第二章 SnO2／CdS裂纹半导体薄膜的制备及光电化学性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂与材料

2．2．3 表征

2．2．4 光电化学测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 形貌与组成

2．3．2 光学性质

2．3．3 光电化学性质

2．4 本章小结

第三章 SnO2／CdSe裂纹半导体薄膜的制备及光电化学性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂与材料

3．2．2 制备CdSe敏化的SnO2复合薄膜

3．2．3 表征

3．2．4 光电化学性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 形貌与组成

3．3．2 光学性质

3．3．3 光电化学性能

3．4 本章小结

第四章 纳米CdS裂纹半导体薄膜的制备及光电性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂

4．2．2 气／液界面组装与连续离子吸附制备CdS裂纹纳米半导体薄膜

4．2．3 表征

4．2．4 光电化学性能测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 形貌与组成

4．3．2 光学性质

4．3．3 光电化学性能

4．4 本章小结

结语

参考文献

攻读学位期间发表的文章

致谢

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