TiO2-窄帶隙半導(dǎo)體復(fù)合薄膜的制備及其光電性質(zhì)研究.pdf

1、TiO2 作為優(yōu)良的半導(dǎo)體材料在分解水、傳感器、光催化、敏化電池等方面有廣泛的應(yīng)用，其中敏化電池因其能夠直接將光能轉(zhuǎn)換成電能而備受關(guān)注。在敏化電池的研究過(guò)程中人們發(fā)現(xiàn)：1.陽(yáng)極材料的表面/界面態(tài)對(duì)電荷傳輸性質(zhì)有重要的影響；2.有機(jī)染料對(duì)光的敏感性、吸光范圍、成本等限制了其在更廣泛范圍的應(yīng)用。研究者發(fā)現(xiàn)一維陣列結(jié)構(gòu)的如納米線、納米棒等對(duì)電荷傳輸性能有顯著的提升作用，而采用窄帶隙半導(dǎo)體材料充當(dāng)敏化劑更有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)敏化劑的調(diào)控，并且有吸光系數(shù)

2、大，成本低等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)此，我們制備了TiO2 納米棒陣列結(jié)構(gòu)，并嘗試采用窄帶隙無(wú)機(jī)半導(dǎo)體CdS、CuInSe2等充當(dāng)敏化劑進(jìn)行復(fù)合，主要開展了以下三個(gè)方面的工作：
　　 （1）采用水熱反應(yīng)的方法分別在有/無(wú)種子層的普通玻璃基底、有/無(wú)種子層的FTO 玻璃上制備了陣列結(jié)構(gòu)。采用SEM、XRD 對(duì)其形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的表征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)由于FTO上的SnO2和TiO2的晶格匹配關(guān)系，對(duì)陣列結(jié)構(gòu)的形貌有著極大的調(diào)控作用，有利于陣列的取向生

3、長(zhǎng)；通過(guò)紫外-可見吸收、表面光電壓譜儀等對(duì)其光電性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)表征。結(jié)果表明由于種子層與FTO表面的晶格匹配可以改善二者的接觸，對(duì)界面態(tài)起到極大的改善作用。
　　 （2）在制備了TiO2 納米棒陣列結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上利用化學(xué)浴制備了CdS量子點(diǎn)/TiO2 復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)。通過(guò)SEM、TEM、EDS 對(duì)其成分、結(jié)構(gòu)以及形貌進(jìn)行了表征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)量子點(diǎn)較為緊密的包圍在納米棒表面。紫外-可見反射光譜、穩(wěn)態(tài)光電壓譜儀與波長(zhǎng)分別為355 nm和53

4、2 nm的脈沖激光作用下的瞬態(tài)光電壓譜儀詳細(xì)考察了不同量子點(diǎn)厚度的光電行為。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，厚度為90 nm 左右的量子點(diǎn)已經(jīng)達(dá)到對(duì)吸收的最大值，并且在可見光區(qū)內(nèi)的光電壓響應(yīng)也達(dá)到最大值。由于量子點(diǎn)表面態(tài)對(duì)電子的俘獲造成電子在CdS表面的積累，積累的電荷一方面為內(nèi)層電子的注入提供驅(qū)動(dòng)力，另一方面也降低了外層電子傳輸速率，造成載流子的損失。
　　 （3）在制備了TiO2 納米棒陣列結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上探索用電沉積方法制備Cu、In、Se 化