基于單質(zhì)硒活化制備金屬硒化物半導(dǎo)體納米材料的方法學(xué)研究.pdf

1、金屬硒化物是一類非常重要的半導(dǎo)體材料,其因優(yōu)異的光電性能和結(jié)構(gòu)特性而被應(yīng)用于太陽能電池,氣體傳感器,光電探測器,聲光器件和相變存儲器等領(lǐng)域。基于真空法制備金屬硒化物時(shí),由于真空設(shè)備復(fù)雜昂貴,投資成本太大而不利于市場化。在合成金屬硒化物納米材料時(shí),采用非真空法如熱注入法和溶劑熱法,不僅能調(diào)節(jié)多元金屬硒化物如CuInSe2和Cu2ZnSnSe4的組成,而且還能降低成本尤其是以單質(zhì)硒作硒源時(shí)。但是單質(zhì)硒在大多數(shù)溶劑中的低溶解性限制了它的反應(yīng)活

2、性從而降低了金屬硒化物的形成動力學(xué)。本文對提高硒活性的路徑進(jìn)行了研究,并將其應(yīng)用于溶劑熱法合成金屬硒化物納米材料。主要研究成果如下:
　　(1)采用溶劑熱法,在乙二胺中用NaBH4對單質(zhì)硒進(jìn)行活化,實(shí)驗(yàn)表明在200°С下反應(yīng)2h即可將Se活化成高活性的Se2-。
　　(2)用制備的活化硒成功的合成了Cu2-xSe和SnSe以及ZnSe二元金屬硒化物,通過與使用單質(zhì)硒得到的產(chǎn)物進(jìn)行對比,證明活化硒能提高產(chǎn)物的形成動力學(xué);實(shí)驗(yàn)發(fā)

3、現(xiàn)使用活化硒不僅能促進(jìn)形成單一的物相,而且還能降低反應(yīng)的溫度,縮短反應(yīng)的時(shí)間。同時(shí),還初步探索了使用活化硒合成MoSe2,In2Se3,Ga2Se3和Sb2Se3等二元硒化物的條件,為進(jìn)一步改進(jìn)制備條件指明了方向。
　　(3)用制備的活化硒合成了CuInSe2納米材料,相比于單質(zhì)硒合成的產(chǎn)物,活化硒得到的CuInSe2具有單相的組成,均勻的尺寸和形貌以及可靠的光電性能并適合于光伏應(yīng)用,由活化硒導(dǎo)致的反應(yīng)速率的提升主要?dú)w因于Se2-

4、與金屬離子之間均相反應(yīng)和Se2-比Se(0)具有更高的活性。通過研究PVP對活化硒合成的CuInSe2形貌的影響發(fā)現(xiàn),加入小分子量(3×104)的PVP得到了由片構(gòu)成的花狀形貌;而加入大分子量(1.3×106)的PVP則得到由片構(gòu)成的球狀形貌。通過對CuInSe2的形成機(jī)理研究,發(fā)現(xiàn)Cu-Se二元相是形成CuInSe2的中間產(chǎn)物,實(shí)驗(yàn)過程中未發(fā)現(xiàn)In-Se相的存在,說明In2Se3或者(InSe2)ˉ的產(chǎn)生是CuInSe2生成反應(yīng)的速度