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关注与研发具有光电功能的半导体材料,是未来功能性材料的一个发展趋势。IV-VI族元素及其Cd基三元化合物是优良的光电功能材料,本文旨在这几种半导体材料的光电性能方面研究,目的是寻找光电性能材料最优的解决方案。本文采用电沉积法制备纳米硒、水热法制备CdSxSey、电化学共沉积法制备CdSexTey薄膜、化学浴沉积法沉积制备Cd xPb1-xS。主要的研究结果如下: 1.以氧化铟锡(Indium-Tin Oxide,ITO)导电玻璃(ITO)为基底,采用电沉积法制备纳米硒。在单一变量的基础上结合正交试验和响应面实验,探讨了沉积电压、沉积温度、沉积时间和硫脲用量等条件对纳米硒光电压的影响。在沉积电压1.7 V,沉积温度30℃,沉积时间7 min,硫脲用量为1 mmol时纳米硒的光电压值最高达0.8684 V。由紫外-可见吸收光谱测得其禁带宽度Eg=1.84 eV。扫描电子显微镜(SEM)分析发现,纳米硒呈现棒状及莲花状结构,棒直径约为100 nm,长度为3~6μm;X射线粉末衍射(XRD)表征结果显示,所得纳米硒主要为三种晶系的混晶系纳米晶体,在2θ为37.188°、45.246°、60.324°处分别出现斜方晶系纳米硒的(120)、(200)、(211)晶面,在2θ为30.141°、50.701°处分别出现六方晶系纳米硒的<101>、{11-1}晶面,在2θ为35.522°处出现单斜晶系纳米硒的[120]晶面,其中以六方结构的<101>晶面和单斜结构的[120]晶面为择优生长取向。 2.以Na2SeO3、KBH4、Cd(NO3)2、CH4N2S为原料,采取水热法制取CdSxSey,并采用冷、热交替涂抹法将Cd S xSey粉末涂抹在 ITO的导电面,测试其光电压。在单一变量的基础上结合正交试验,探讨了Se:S摩尔比、柠檬酸用量、水热反应温度、水热反应时间等条件对 CdSxSey光电压的影响,并用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱定量分析(EDS)对其形貌、结构、组成进行表征。结果发现,当Se:S摩尔比1:1、柠檬酸的浓度为0.025 mol·L-1时,在水热反应温度160℃下反应10 h,所得CdSxSey开路光电压值达最高0.3678 V。SEM结果表明,CdSxSey量子点涂抹在导电玻璃ITO上后,发生了不规整的团聚单颗粒尺寸约为100 nm。XRD结果显示,于2θ=26.189°、27.858°、43.254°、50.315°处分别出现4个对应于标准卡片CdS0.571Se0.429(002)、(101)、(110)、(200)晶面的主要衍射峰,各晶面尺寸分别为5.80 nm、9.21 nm、6.70 nm、7.19 nm,为量子点尺寸。同时在2θ=29.694°处还出现 Se单质的小衍射峰。E DS的数据表明,Cd、S、Se三元素的原子个数百分比分别为44.07%、27.00%、28.92%,对Cd元素归一化可确定CdSxSey中x=0.613(其中含0.042的单质S),y=0.656(其中含0.227的单质Se),即CdS0.613Se0656。 3.以 Cd(NO3)2·4H2O、Na2SeO3和 Na2TeO3的混合液为电解液,采用电化学共沉积法在ITO玻璃基底上制备了CdSexTey薄膜样品。探讨沉积电压、水浴温度、沉积时间和Cd: Te:Se物质的量的比等制备条件对样品在模拟太阳光下的开路电压的影响。结果表明,在沉积电压为3.0 V、水浴温度为50℃、沉积时间为30 min、Cd:Te:Se投料摩尔比为5.6:1:1条件下制备的CdSexTey薄膜具有较高的开路光电压值,其值可达到0.4641 V。XRD分析结果显示,CdSexTey样品中含单质态Se,CdSexTey的三个主要衍射峰对应的晶粒尺寸分别为43.07 nm、44.56 nm和44.03nm。EDS分析结果显示,样品中Cd、Te、Se元素的重量百分比分别是6.53%、6.25%、14.52%,原子百分比分别为1.68%、1.42%、5.32%。对Cd元素原子百分比进行归一化处理,则样品CdSexTey中x=3.17(其中有0.15为化合态Se2-,3.02为单质态Se),y=0.85。 4.以硝酸镉、硝酸铅、硫脲为主要原料,以柠檬酸钠为络合剂,采用化学浴沉积法在导电玻璃(ITO)模板上制备硫铅镉(CdxPb1-xS)半导体量子点,探讨了水浴温度、Pb:Cd的摩尔比、硫脲的用量、水浴沉积时间等条件对Cd xP b1-xS量子点光电压的影响。用X射线衍射(XRD)对其结构进行表征,结果表明,当水浴温度为80℃,Pb:Cd的摩尔比为2.5:1,S:(Pb+Cd)的摩尔比为1:1,沉积时间为2.5 h时制备的CdxPb1-xS的光电压达0.5009 V,其禁带宽度Eg=2.43eV。X射线衍射表征结果显示,CdxPb1-xS样品中含有 PbS面心立方晶系和 CdS六面体晶系纤锌矿结构。SEM表征结果可见CdxPb1-xS呈现微球状均匀性分散,粒径在60~100 nm。EDS分析可知CdxPb1-xS样品中Cd、Pb、S三元素的原子个数百分比分别为9.08%、1.53%、10.33%,对S元素归一化可确定CdxPb1-xS的化学式为Cd0.88Pb0.15S。样品 CdxPb1-xS沉积到纳米 Se上制备S e/Cd xP b1-xS异质结,该异质结的短路电流为2.75×10-4A和开路电压为1.415 V。