硒化锡纳米晶可控制备及其薄膜性质研究

摘要

硒化锡(SnSe)是一种重要的Ⅳ-Ⅵ族窄带隙p型半导体材料，其体相材料的直接带隙大小为1.3 eV,间接带隙大小为0.9 eV，在太阳能电池的最优带隙值区间内(1-1.5 eV)，其吸收系数可达约104 cm-1，是潜在的薄膜太阳能电池的吸收层材料。
　　本论文中采用了热注入的方法，通过使用毒性较低的无机化合物反应前驱体并控制反应条件获得了形貌不同，结构不同的硒化锡纳米颗粒和纳米棒。制备的SnSe纳米晶的尺寸分布窄，产物纯度高，结晶性良好，尺寸均一，分散性好。本论文的具体工作内容如下:
　　第一部分采用热注入法制备出了形貌和组分可控的SnSe纳米颗粒，详细系统的研究了不同硒源，不同反应条件对于SnSe纳米颗粒的形貌，结构和组分的影响。以单质硒粉(Se)为硒源时，得到的产物是SnSe纳米颗粒，通过对其进行结构以及光学性质表征，可知生成的纳米颗粒平均粒径大小为27.8 nm，其光学带隙为1.46 eV。当Sn∶Se前驱体所加量为1∶2，则生成的是形貌为片状的SnSe2纳米颗粒，厚度约为13.37 nm;当以二氧化硒(SeO2)为硒源时，得到的产物为SnSe纳米棒，光学带隙为1.4 eV,平均长度为250nm，平均宽度为14nm。由高分辨透射电镜可知纳米棒的晶面间距约为0.2 nm，生长方向为[010]。通过研究不同的反应时间下得到的产物，可知纳米棒是在注射反应完成的时间以SeO2的链状结构为模板生成的，并随着反应时间的延长长径比逐渐增大。采用不同的反应摩尔计量比得到的产物则是花朵状的SnSe2。
　　第二部分研究了对于分散在甲苯中的SnSe纳米颗粒使用旋涂法和刮刀法制备SnSe薄膜的工艺参数。当使用浓度为300 mg/ml的“墨水”浆料时，刀刮法可以得到表面更为致密，无裂缝的，厚度相对适宜(1.2 um)的SnSe薄膜。通过研究不同的退火条件可知随着退火时间的延长，薄膜的结晶性会得到改善。最后通过莫特-肖特基测试验证了制备的SnSe薄膜为p型半导体材料，是一种可作为薄膜太阳能电池器件吸收层材料。