首页> 正文

硫族化合物半导体纳米晶的制备及其光伏应用

2020-12-11阅读(369)

硫族化合物半导体纳米晶的制备及其光伏应用

论文摘要

由于优异的光电性质,硫族化合物半导体纳米晶在光电器件和生物领域具有广泛的应用前景,近年来已经成为纳米材料研究中最活跃的领域之一。研究和开发简单的硫族化合物半导体纳米晶制备方法以及深入了解它们的物理化学性质对于它们的实际应用具有重要意义。本文重点研究了高沸点有机溶剂中Ⅱ-Ⅵ族和Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物半导体纳米晶的制备,以及纳米晶与Ti02纳米棒阵列复合后在光伏电池上的应用,取得了以下主要的创新结果：（1）采用热注入法在三辛基氧化膦和癸基膦酸中制备了CdSxSe1-x纳米棒。发现CdSxSe1-x纳米棒是由CdSe核心和CdS壳层组成的,纳米棒的长径比随着S/Se摩尔比的增加而增加,这是由于硒前驱体的反应活性比硫前驱体的高而导致的。实验进一步指出,核壳结构的形成使得纳米棒具有更高的荧光效率。（2）采用无注入法在十八烯和油酸中制备了CdSxSe1-x纳米晶。通过加入卤素离子,CdS和CdSe纳米晶的的形貌由球形变为多枝状,结构从闪锌矿变为纤锌矿,这是由于卤素离子的加入抑制了镉前驱体的反应活性导致的。通过这种方法制备的CdSxSe1-x纳米晶是合金化的,随着S/Se摩尔比的变化,纳米晶的尺寸几乎不变,而光学性质线性变化。（3）在油胺中制备了CuIn（SxSe1-x）2纳米晶。以CuInSSe纳米晶为例,研究了CuIn（SxSe1-x）2纳米晶的生长机理,发现由于铜前驱体的反应活性高于铟前驱体,CuIn（SxSe1-x）2纳米晶的形成分为CuSxSe1-x纳米晶的形成和CuSxSe1-x纳米晶与铟前驱体反应两个阶段,反应温度的改变和油酸等络合剂的引入都会影响铟前驱体的反应活性。（4）在十二硫醇中制备了具有量子限域效应的CuInS2纳米晶。十二硫醇与铜离子的络合作用平衡了铜铟前驱体之间的反应活性,并限制了CuInS2纳米晶的生长,使其尺寸小于激子波尔半径。十二硫醇对纳米晶表面缺陷的有效钝化使得CuInS2纳米晶具有室温荧光效应,荧光主要来源于“施主-受主”对复合。通过改变反应温度和添加络合剂能够调节CuInS2纳米晶的荧光峰位。（5）基于Ti02纳米棒阵列实现了硫族化合物半导体纳米晶的光伏应用。通过热处理,除去了纳米晶表面的有机物并使纳米晶成膜作为吸收层。对于n型的CdSe纳米晶,引入p型半导体CuSCN作为空穴传输层形成TiO2/CdSe/CuSCN三层结构,其光伏器件的光电转化效率为0.21%。对于p型的CuGaSe2和CdTe纳米晶,采用了TiO2/纳米晶双层结构。由于CuGaSe2纳米晶难以被烧结成连续的薄膜,严重的载流子复合使得TiO2/CuGaSe2双层结构没有表现出光伏特性,而CdTe纳米晶经烧结后变成了连续的薄膜,TiO2/CdTe双层结构的光电转化效率为0.07%。这些结果为进一步研制更高效率的全无机纳米晶光伏器件奠定了基础。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 目录
  • 第一章 绪论
  • 1.1 课题的内容和意义
  • 1.2 论文的结构
  • 第二章 文献综述
  • 2.1 引言
  • 2.2 硫族化合物半导体纳米晶的基本性质
  • 2.2.1 硫族化合物半导体纳米晶的量子尺寸效应
  • 2.2.2 硫族化合物半导体纳米晶的表面效应
  • 2.2.3 硫族化合物半导体纳米晶的多激子生成效应
  • 2.2.4 硫族化合物半导体纳米晶的荧光性质
  • 2.3 硫族化合物半导体纳米晶的制备
  • 2.3.1 液相法制备半导体纳米晶的基本原理
  • 2.3.2 Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体纳米晶的制备
  • 2.3.2.1 配位溶剂中热注入法制备Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体纳米晶
  • 2.3.2.2 非配位溶剂中热注入法制备Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体纳米晶
  • 2.3.2.3 无热注入法制备Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体纳米晶
  • 2.3.2.4 单源前驱体法制备Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体纳米晶
  • 2.3.3 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物半导体纳米晶的制备
  • 2.3.3.1 配位溶剂中Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物半导体纳米晶的制备
  • 2.3.3.2 非配位溶剂中Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物半导体纳米晶的制备
  • 2.3.3.3 单源前驱体法制备Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物半导体纳米晶
  • 2.3.4 合金化合物半导体纳米晶的制备
  • 2.3.4.1 Ⅱ-Ⅵ族合金化合物半导体纳米晶的制备
  • 2.3.4.2 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族合金化合物半导体纳米晶的制备
  • 2.3.4.3 Ⅱ-Ⅵ/Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族合金化合物半导体纳米晶的制备
  • 2.4 硫族化合物半导体纳米晶的光伏应用
  • 2.4.1 太阳能电池简介
  • 2.4.2 硫族化合物半导体纳失晶在有机聚合物太阳能电池中的应用
  • 2.4.2.1 有机聚合物太阳能电池的工作原理和发展历史
  • 2.4.2.2 Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体纳米晶在聚合物太阳能电池中的应用
  • 2.4.2.3 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物半导体纳米晶在聚合物太阳能电池中的应用
  • 2.4.3 硫族化合物半导体纳米晶在染料敏化太阳能电池中的应用
  • 2.4.3.1 染料敏化太阳能电池的工作原理和发展历史
  • 2.4.3.2 Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体纳米晶在染料敏化电池中的应用
  • 2.4.3.3 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物半导体纳米晶在染料敏化电池中的应用
  • 2.4.4 硫族化合物半导体纳米晶在化合物薄膜太阳能电池中的应用
  • 2.4.4.1 化合物薄膜太阳能电池的简介
  • 2.4.4.2 CdTe纳米晶在化合物薄膜电池中的应用
  • xGa1-x)(SySe1-y)2纳米晶在化合物薄膜电池中的应用'>2.4.4.3 Cu(InxGa1-x)(SySe1-y)2纳米晶在化合物薄膜电池中的应用
  • 2.5 总结
  • xSe1-x纳米棒的制备'>第三章 配位溶剂中CdSxSe1-x纳米棒的制备
  • 3.1 引言
  • 3.2 实验部分
  • xSe（1-x）纳米棒的制备'>3.2.1 CdSxSe（1-x）纳米棒的制备
  • 3.2.2 样品的表征
  • 3.3 实验结果和讨论
  • 3.3.1 CdSe纳米棒的制备
  • 3.3.1.1 Cd/Se摩尔比对CdSe纳米棒的影响
  • 3.3.1.2 反应温度对CdSe纳米棒的影响
  • 3.3.2 CdS纳米棒的制备
  • 3.3.3 CdSSe纳米棒的制备
  • 3.3.3.1 CdSSe纳米棒的生长过程
  • 3.3.3.2 CdSSe纳米棒的形成机理
  • 3.3.3.3 CdSSe纳米棒的光学性质
  • 3.4 本章小结
  • xSe1-x纳米晶的制备'>第四章 非配位溶剂中CdSxSe1-x纳米晶的制备
  • 4.1 引言
  • 4.2 实验部分
  • xSe1-x纳米晶的制备'>4.2.1 CdSxSe1-x纳米晶的制备
  • 4.2.2 样品的表征
  • 4.3 实验结果和讨论
  • 4.3.1 CdS纳米晶的制备
  • 4.3.1.1 油酸的量对CdS维米晶的影响
  • 4.3.1.2 卤素离子对CdS纳米晶的影响
  • 4.3.2 CdSe纳米晶的制备
  • xSe1-x纳米晶的制备'>4.3.3 CdSxSe1-x纳米晶的制备
  • 4.4 本章小结
  • xSe1-x)2纳米晶的制备'>第五章 油胺中CuIn(SxSe1-x)2纳米晶的制备
  • 5.1 引言
  • 5.2 实验部分
  • xSe1-x)2纳米晶的制备'>5.2.1 CuIn(SxSe1-x)2纳米晶的制备
  • 5.2.2 样品的表征
  • 5.3 实验结果和讨论
  • xSe1-x)2纳米晶的结构'>5.3.1 CuIn(SxSe1-x)2纳米晶的结构
  • xSe1-x)2纳米晶的光学性质'>5.3.2 CuIn(SxSe1-x)2纳米晶的光学性质
  • 5.3.3 CuInSSe纳米晶的生长机理
  • 5.3.4 反应温度对CuInSSe纳米晶的影响
  • 5.3.5 添加剂对CuInSSe纳米晶的影响
  • 5.4 本章小结
  • 2纳米晶的制备'>第六章 十二硫醇中CuInS2纳米晶的制备
  • 6.1 引言
  • 6.2 实验部分
  • 2纳米晶的制备'>6.2.1 CuInS2纳米晶的制备
  • 6.2.2 样品的表征
  • 6.3 实验结果和讨论
  • 2纳米晶的生长机理'>6.3.1 CuInS2纳米晶的生长机理
  • 2纳米晶的荧光机理'>6.3.2 CuInS2纳米晶的荧光机理
  • 2纳米晶光学性质的影响'>6.3.3 反应温度对CuInS2纳米晶光学性质的影响
  • 2纳米晶光学性质的影响'>6.3.4 添加剂对CuInS2纳米晶光学性质的影响
  • 6.4 本章小结
  • 2纳米棒阵列的纳米晶的光伏应用'>第七章 基于TiO2纳米棒阵列的纳米晶的光伏应用
  • 7.1 引言
  • 2纳米棒阵列的制备'>7.2 TiO2纳米棒阵列的制备
  • 7.2.1 实验部分
  • 2纳米棒阵列的表征'>7.2.2 TiO2纳米棒阵列的表征
  • 2/CdSe/CuSCN太阳能电池的制备'>7.3 TiO2/CdSe/CuSCN太阳能电池的制备
  • 7.3.1 实验部分
  • 2/CdSe双层结构的表征'>7.3.2 TiO2/CdSe双层结构的表征
  • 2/CdSe/CuSCN三层结构的表征和光伏性能'>7.3.3 TiO2/CdSe/CuSCN三层结构的表征和光伏性能
  • 2/CdTe太阳能电池的制备'>7.4 TiO2/CdTe太阳能电池的制备
  • 7.4.1 实验部分
  • 7.4.2 CdTe纳米晶的表征
  • 2/CdTe双层结构的表征和光伏性能'>7.4.3 TiO2/CdTe双层结构的表征和光伏性能
  • 2/CuGaSe2太阳能电池的制备'>7.5 TiO2/CuGaSe2太阳能电池的制备
  • 7.5.1 实验部分
  • 2纳米晶的表征'>7.5.2 CuGaSe2纳米晶的表征
  • 2/CuGaSe2双层结构的表征和光伏性能'>7.5.3 TiO2/CuGaSe2双层结构的表征和光伏性能
  • 7.6 本章小结
  • 第八章 全文结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 个人简历
  • 攻读学位期间发表的学术论文

    • 相关论文文献

    • [1].稀土掺杂半导体纳米晶:电子结构和光学性能（英文）[J]. Science China Materials 2015(10)
    • [2].液相法制备掺杂半导体纳米晶研究进展[J]. 稀有金属 2017(05)
    • [3].Ⅱ-Ⅴ族半导体纳米晶的研究进展[J]. 中国科学:技术科学 2012(02)
    • [4].ZnS:Co~(2+)半导体纳米晶的制备及性能研究[J]. 化学研究与应用 2010(05)
    • [5].InN半导体纳米晶相变活化能的研究[J]. 山东大学学报(工学版) 2008(02)
    • [6].水热合成Zn_(0.95)Ni_(0.05)O稀磁半导体纳米晶(英文)[J]. 硅酸盐学报 2008(11)
    • [7].稀土掺杂半导体纳米发光材料研究取得新进展[J]. 半导体信息 2011(05)
    • [8].福建物构所稀土掺杂半导体纳米发光材料研究取得新进展[J]. 中国粉体工业 2011(05)
    • [9].福建物构所稀土掺杂半导体纳米发光材料研究取得新进展[J]. 稀土信息 2011(10)
    • [10].金属氧化物半导体纳米晶液相法控制合成研究进展[J]. 中国有色金属学报 2011(10)
    • [11].半导体纳米晶在生物标记领域的应用[J]. 化学通报 2008(04)
    • [12].稀土掺杂半导体纳米发光材料新进展[J]. 上海建材 2011(06)
    • [13].过渡金属离子(Mn、Cu、Fe)掺杂半导体纳米晶的研究进展[J]. 材料科学与工程学报 2017(03)
    • [14].无机半导体纳米晶光学性质的设计、调控及其生物医学应用[J]. 中国科学:化学 2014(02)
    • [15].胶体化学法制备半导体纳米晶方法研究进展[J]. 成功(教育) 2012(01)
    • [16].量子点作为离子探针的分析应用[J]. 广州化工 2012(11)
    • [17].量子点的合成研究[J]. 化工技术与开发 2013(05)
    • [18].我国纳米晶荧光粉材料领域研究获重要进展[J]. 中国粉体工业 2013(03)
    • [19].用光声技术研究半导体TiO_2,ZnO纳米晶粉的光学特性[J]. 光谱学与光谱分析 2011(01)
    • [20].胶体半导体纳米晶的能带宽调控新方法[J]. 化学进展 2008(05)
    • [21].施主掺杂对BaTiO_3钙钛矿半导体纳米晶光催化性能的影响[J]. 无机化学学报 2019(08)
    • [22].Co:CdS半导体纳米晶的合成、晶体结构及光学性质[J]. 广州化工 2011(11)
    • [23].ZnS:Mn纳米晶的制备及其与羊抗兔抗体偶联的研究[J]. 山东化工 2016(13)
    • [24].ZnS:Mn量子点作为荧光离子探针测定痕量铜(Ⅱ)[J]. 南昌大学学报(理科版) 2012(01)
    • [25].量子点荧光探针在定量分析中的应用[J]. 化学进展 2008(09)
    • [26].Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族半导体纳米晶:合成,性质及应用（英文）[J]. 催化学报 2018(04)
    • [27].过渡金属Mn离子掺杂的半导体纳米晶研究进展[J]. 重庆师范大学学报(自然科学版) 2012(04)
    • [28].《化学通报》2008年(第71卷)总目次[J]. 化学通报 2008(12)
    • [29].单分散性CdSe纳米晶的合成——成核及其生长过程[J]. 高压物理学报 2008(01)
    • [30].锰掺杂硫化锌量子点室温磷光检测镉离子[J]. 湖北农业科学 2015(16)

    标签：;  ;  ;  ;  ;  

    硫族化合物半导体纳米晶的制备及其光伏应用
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2025 毕速过 版权所有 鄂ICP备12018319号-5