基于Cu2-xSe准一维纳米结构的径向异质结的制备及其特性研究

摘要

硒化亚铜(Cu2-xSe)是一种阳离子缺陷p型半导体材料(室温直接禁带宽度为1.4eV，间接禁带宽度为2.3eV)，其独特的光学、电学特性使其被广泛应用于化学传感器、光电子器件领域，其在光伏领域也有着潜在的应用前景。径向异质结由于具有较大的接触面积、有效的载流子分离等优点，近年被日益广泛的应用于光伏领域。本文拟构建基于Cu2-xSe纳米线的径向异质结，并探讨基于其的光伏器件的制备与研究。具体研究工作如下:
　　1、以硒单质为硒源，硝酸铜为铜源，通过混合碱液法(NaOH和KOH的混合物，Na/K原子比为48.5∶51.5)，成功合成了立方晶系Cu2-xSe纳米线。SEM分析表明产物长达30μm，直径约为400nm，电学测试表明产物Cu2-xSe纳米线电导率约为0.5×10-2S cm-1。我们构筑了基于单根Cu2-xSe纳米线的底栅型场效应器件，电学性能测试表明Cu2-xSe纳米线的导电类型为p型。
　　2、通过液相包覆法，制备Cu2-xSe/In2S3径向异质结。将Cu2-xSe纳米线分散在去离子水中，以柠檬酸根为络合物功能化其表面，然后依次缓慢加入20ml1mmol/L的In(NO3)3溶液和20mL1mmol/L的Na2S溶液。TEM和元素分布图表明Cu2-xSe纳米线表面形成了一层In2S3，但是部分产物为纳米管状结构，可能是部分Cu2-xSe与In3+发生阳离子置换导致的，此外，EDS显示产物中有少量O元素存在，这可能是In(NO3)3水解产生In2O3导致的。
　　3、通过液相阳离子置换法，制备Cu2-xSe/In2Se3径向异质结。将Cu2-xSe纳米线分散至用醋酸调节pH值至1.5的25mL1.5mmol/L的In(NO3)3溶液中，持续搅拌并加热至50℃，保持此温度5h。TEM和元素分布图表明Cu2-xSe纳米线表面生成了一层In2Se3，表明纳米线表面的Cu2离子与In3+发生了有效的阳离子置换。
　　4、尝试PLD蒸镀In2S3薄膜，构筑Cu-xSe/In2S3薄膜径向异质结。以高纯In2S3粉末压制In2S3靶材，在不同激光能量下，通过PLD系统蒸镀In2S3薄膜。XRD和EDS分析表明，产物薄膜为体心立方晶系In2S3，In/S原子比为2/3，电学测试表明其导电类型为n型，且与p型硅具有显著的光伏效应。Cu2-xSe/In2S3薄膜异质结的响应度R为71.87 AW-1，探测率D*为1.39×1012 cm Hz1/2 W-1，但没有观察到显著的光伏效应，因此器件结构有待于进一步优化。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 纳米材料简介

1．2．1 纳米材料的特性

1．2．2 纳米材料的合成方法

1．3 纳米器件的研究与发展

1．3．1 纳米传感器

1．3．2 纳米光电探测器

1．3．3 纳米场效应器件

1．3．4 纳米太阳能电池

1．3．5 纳米非易失性存储器件

1．4 课题研究背景与目的

第二章 实验设备

2．1 纳米材料制备所需的实验设备

2．2 纳米材料的表征方法

2．2．1 扫描电子显微镜(SEM)

2．2．2 x射线衍射分析(XRD)

2．2．3 透射电子显微镜(TEM)

2．2．4 原子力显微镜(AFM)

2．2．5 紫外-可见-近红外分光光度计

第三章 液相法制备Cu2-xSe纳米线

3．1 引言

3．2 实验中所需的试剂与药品

3．3 Cu2-xSe纳米线的合成

3．3．1 强碱的选择对产物形貌的影响

3．3．2 XRD分析

3．4 电学性能的测试

3．4．1 器件的制备

3．4．2 器件的测试

3．5 本章小结

第四章 液相包覆法制备Cu2-xSe／In2S3径向异质结

4．1 引言

4．2 实验中所需的试剂与药品

4．3 CU2-xSe／In2S3异质结的制备

4．4 产物的分析

4．5 本章小结

第五章 液相离子置换法制备Cu2-xSe／In2Se3径向异质结

5．1 引言

5．2 Cu2-xSe／In2Se3异质结的制备

5．3 产物分析

5．4 本章小结

第六章 n型In2s3薄膜的制备以及光伏器件

6．1 引言

6．2 实验原料

6．3 In2S3薄膜的制备

6．3．1 反应体系的选择

6．3．2 In2S3薄膜的制备

6．4 In2S3薄膜的表征

6．4．1 XRD分析

6．4．2 SEM分

6．4．3 AFM分析

6．5 In2S3薄膜的光学和电学性能的探索

6．5．1 In2S3薄膜的光学性能

6．5．2 In2S3薄膜的电学性能

6．6 基于In2S3薄膜制备的光伏器件

6．6．1 基于In2S3薄膜的光伏器件制备

6．6．2 基于In2S3薄膜的光伏器件制备

6．5．3 Cu2-xSe与In2S3薄膜异质结的探索

6．6 本章小结

第七章 全文总结

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况