CdTe-TiO2納米管陣列同軸異質(zhì)結(jié)的制備及其摻雜改性研究.pdf

1、能源危機(jī)和環(huán)境污染已成為日益嚴(yán)峻的全球性的兩大主要問(wèn)題,對(duì)人類(lèi)的生存提出了巨大的挑戰(zhàn),而光催化技術(shù)能有效地解決這兩大問(wèn)題。因?yàn)槔霉獯呋夹g(shù)不僅能分解水制氫能,有效地將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為潔凈且可再生的氫能而代替石油、煤炭等不可再生能源,而且利用光催化技術(shù)也能有效地將有機(jī)污染物降解形成CO2、H2O等無(wú)污染物質(zhì)。因此,光催化技術(shù)是能徹底地解決當(dāng)前能源和環(huán)境問(wèn)題的有效途徑。
　　TiO2納米管陣列薄膜具有其他材料難以替代的優(yōu)勢(shì),如無(wú)污染、可

2、回收、比表面積大、穩(wěn)定性好、量子效率高等,使得TiO2納米管陣列薄膜在光催化領(lǐng)域顯示了巨大的應(yīng)用前景。本文首先研究改進(jìn)了二氧化鈦納米管陣列的制備工藝,通過(guò)HF氣體腐蝕、HF溶液腐蝕和兩步陽(yáng)極氧化等方法來(lái)清除二氧化鈦納米管陣列表面的納米線(xiàn)。研究表明,采用兩步法制備出了孔徑110nm、壁厚15nm、管長(zhǎng)22μm的整齊有序二氧化鈦納米管陣列薄膜。在100mW/cm2的光源照射下,其光電轉(zhuǎn)換電流能夠達(dá)到2mA/cm2,光電轉(zhuǎn)換效率有2.29％。

3、
　　單純的TiO2納米管陣列由于僅吸收紫外光,而紫外光譜僅占整個(gè)太陽(yáng)光譜能量的4～5%,故純TiO2納米管陣列光電轉(zhuǎn)換效率并不高。而采用窄帶隙半導(dǎo)體對(duì)其進(jìn)行復(fù)合可提高TiO2納米管陣列的可見(jiàn)光響應(yīng)性能。本文采用電化學(xué)原子層外延技術(shù)和共沉積技術(shù)制備了CdTe/TiO2納米管陣列同軸異質(zhì)結(jié),討論了沉積電位、退火工藝和沉積電量對(duì)該同軸異質(zhì)結(jié)光電性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,于-0.65V下,沉積8C的CdTe,并在300℃下退火保溫45m

4、in后,其光電性能最優(yōu),光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到7.64%。
　　為進(jìn)一步提高納米管同軸異質(zhì)結(jié)的光電轉(zhuǎn)換效率,研究了Zn摻雜對(duì)CdTe/TiO2納米管陣列同軸異質(zhì)結(jié)的光電轉(zhuǎn)換性能的影響。研究表明,當(dāng)Zn的摻雜位置選擇在CdTe外延敏化層內(nèi)層,且靠近其表面處,能有效地提高CdTe/TiO2納米管陣列同軸異質(zhì)結(jié)薄膜的光電轉(zhuǎn)換性能,且Zn元素最佳沉積電量為0.4C。按照該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的Zn摻雜CdTe/TiO2納米管陣列同軸異質(zhì)結(jié)的光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)