Ⅳ-VI族與Cd基三元化合物的制備及其光電性能的研究.pdf

1、關(guān)注與研發(fā)具有光電功能的半導(dǎo)體材料，是未來功能性材料的一個發(fā)展趨勢。IV－VI族元素及其Cd基三元化合物是優(yōu)良的光電功能材料，本文旨在這幾種半導(dǎo)體材料的光電性能方面研究，目的是尋找光電性能材料最優(yōu)的解決方案。本文采用電沉積法制備納米硒、水熱法制備CdSxSey、電化學(xué)共沉積法制備CdSexTey薄膜、化學(xué)浴沉積法沉積制備Cd xPb1-xS。主要的研究結(jié)果如下：
　　1.以氧化銦錫(Indium-Tin Oxide，ITO)導(dǎo)電玻

2、璃（ITO）為基底，采用電沉積法制備納米硒。在單一變量的基礎(chǔ)上結(jié)合正交試驗和響應(yīng)面實驗，探討了沉積電壓、沉積溫度、沉積時間和硫脲用量等條件對納米硒光電壓的影響。在沉積電壓1.7 V，沉積溫度30℃，沉積時間7 min，硫脲用量為1 mmol時納米硒的光電壓值最高達(dá)0.8684 V。由紫外－可見吸收光譜測得其禁帶寬度Eg=1.84 eV。掃描電子顯微鏡（SEM）分析發(fā)現(xiàn)，納米硒呈現(xiàn)棒狀及蓮花狀結(jié)構(gòu)，棒直徑約為100 nm，長度為3～6μm

3、；X射線粉末衍射（XRD）表征結(jié)果顯示，所得納米硒主要為三種晶系的混晶系納米晶體，在2θ為37.188°、45.246°、60.324°處分別出現(xiàn)斜方晶系納米硒的（120）、（200）、（211）晶面，在2θ為30.141°、50.701°處分別出現(xiàn)六方晶系納米硒的<101>、{11-1}晶面，在2θ為35.522°處出現(xiàn)單斜晶系納米硒的[120]晶面，其中以六方結(jié)構(gòu)的<101>晶面和單斜結(jié)構(gòu)的[120]晶面為擇優(yōu)生長取向。
　　

4、2.以Na2SeO3、KBH4、Cd(NO3)2、CH4N2S為原料，采取水熱法制取CdSxSey，并采用冷、熱交替涂抹法將Cd S xSey粉末涂抹在 ITO的導(dǎo)電面，測試其光電壓。在單一變量的基礎(chǔ)上結(jié)合正交試驗，探討了Se:S摩爾比、檸檬酸用量、水熱反應(yīng)溫度、水熱反應(yīng)時間等條件對 CdSxSey光電壓的影響，并用掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、能譜定量分析（EDS）對其形貌、結(jié)構(gòu)、組成進(jìn)行表征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Se:S摩爾比1

5、:1、檸檬酸的濃度為0.025 mol·L-1時，在水熱反應(yīng)溫度160℃下反應(yīng)10 h，所得CdSxSey開路光電壓值達(dá)最高0.3678 V。SEM結(jié)果表明，CdSxSey量子點涂抹在導(dǎo)電玻璃ITO上后，發(fā)生了不規(guī)整的團(tuán)聚單顆粒尺寸約為100 nm。XRD結(jié)果顯示，于2θ＝26.189°、27.858°、43.254°、50.315°處分別出現(xiàn)4個對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)卡片CdS0.571Se0.429（002）、（101）、（110）、（200）

6、晶面的主要衍射峰，各晶面尺寸分別為5.80 nm、9.21 nm、6.70 nm、7.19 nm，為量子點尺寸。同時在2θ＝29.694°處還出現(xiàn) Se單質(zhì)的小衍射峰。E DS的數(shù)據(jù)表明，Cd、S、Se三元素的原子個數(shù)百分比分別為44.07％、27.00%、28.92%，對Cd元素歸一化可確定CdSxSey中x=0.613（其中含0.042的單質(zhì)S），y＝0.656（其中含0.227的單質(zhì)Se），即CdS0.613Se0656。

7、　　3.以 Cd(NO3)2·4H2O、Na2SeO3和 Na2TeO3的混合液為電解液，采用電化學(xué)共沉積法在ITO玻璃基底上制備了CdSexTey薄膜樣品。探討沉積電壓、水浴溫度、沉積時間和Cd: Te:Se物質(zhì)的量的比等制備條件對樣品在模擬太陽光下的開路電壓的影響。結(jié)果表明，在沉積電壓為3.0 V、水浴溫度為50℃、沉積時間為30 min、Cd:Te:Se投料摩爾比為5.6:1:1條件下制備的CdSexTey薄膜具有較高的開路光電壓

8、值，其值可達(dá)到0.4641 V。XRD分析結(jié)果顯示，CdSexTey樣品中含單質(zhì)態(tài)Se，CdSexTey的三個主要衍射峰對應(yīng)的晶粒尺寸分別為43.07 nm、44.56 nm和44.03nm。EDS分析結(jié)果顯示，樣品中Cd、Te、Se元素的重量百分比分別是6.53%、6.25%、14.52%，原子百分比分別為1.68%、1.42%、5.32%。對Cd元素原子百分比進(jìn)行歸一化處理，則樣品CdSexTey中x=3.17（其中有0.15為化合

9、態(tài)Se2-，3.02為單質(zhì)態(tài)Se），y=0.85。
　　4.以硝酸鎘、硝酸鉛、硫脲為主要原料，以檸檬酸鈉為絡(luò)合劑，采用化學(xué)浴沉積法在導(dǎo)電玻璃(ITO)模板上制備硫鉛鎘(CdxPb1-xS)半導(dǎo)體量子點，探討了水浴溫度、Pb:Cd的摩爾比、硫脲的用量、水浴沉積時間等條件對Cd xP b1-xS量子點光電壓的影響。用X射線衍射(XRD)對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，結(jié)果表明，當(dāng)水浴溫度為80℃，Pb:Cd的摩爾比為2.5:1，S:(Pb+Cd)的

10、摩爾比為1:1，沉積時間為2.5 h時制備的CdxPb1-xS的光電壓達(dá)0.5009 V，其禁帶寬度Eg=2.43eV。X射線衍射表征結(jié)果顯示，CdxPb1-xS樣品中含有 PbS面心立方晶系和 CdS六面體晶系纖鋅礦結(jié)構(gòu)。SEM表征結(jié)果可見CdxPb1-xS呈現(xiàn)微球狀均勻性分散，粒徑在60～100 nm。EDS分析可知CdxPb1-xS樣品中Cd、Pb、S三元素的原子個數(shù)百分比分別為9.08%、1.53%、10.33%，對S元素歸一化