三元硫化物纳米薄膜的制备、结构及其光电性能研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 尹建波 |
| 学位类别 | 理学博士 |
| 答辩日期 | 2014-05-25 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 导师 | 贾均红 |
| 关键词 | 三元硫化物 纳米材料 薄膜 制备 光电性能 Ternary sulfides Nanomaterials Thin films Preparation Photoelectrical performance |
| 学位专业 | 物理化学 |
| 中文摘要 | 三元硫化物具有灵活多变的组成，丰富的空间结构和独特的光电性能使其成为硫化学研究中十分重要的化合物。三元硫化物的设计合成、形貌、结构及物理化学性质研究是近年来十分活跃的研究领域之一；三元硫化物的禁带宽度主要分布在1.0-2.5 eV之间，光学吸收系数高，可以有效的吸收太阳光能量的主要部分，适于用做太阳能电池光吸收材料。而随着纳米技术的不断发展以及对介观尺度认识的不断加深，人们发现通过控制材料的微观结构可以改变并调控材料的性质，以达到提升材料性能的目的。因此，研究具有纳米结构的三元硫化物半导体纳米薄膜材料成为了科学界争相研究的热点。本论文以简单易行的水热、溶剂热及连续离子层吸附法制备了三元金属硫化物纳米半导体薄膜，并对他们的沉积机理、结构及光电性能进行了系统深入的研究。主要研究内容和结果如下： (1) 通过溶剂热法成功制备出了Cu3SbS4纳米片，对其形貌、结构及成分进行了详细分析，结果表明：反应时间和温度均对形貌有较大影响，在反应时间为72小时，沉积温度为160 ℃下，能够得到表面形貌为长方形的Cu3SbS4纳米片，厚度约为50-60 nm，且表面呈高度晶化的多晶结构，为脆硫锑铜矿相，在300-1000 nm的光谱范围内有较强吸收，经计算其禁带宽度为1.88 eV。 (2) 利用溶剂热法在TiO2纳米阵列薄膜上生长了一层Cu3BiS3纳米片薄膜，制备出了Cu3BiS3/TiO2双层膜结构，对该薄膜的形貌、结构及成分进行了详细分析，结果表明：前驱体浓度和温度均对Cu3BiS3薄膜层形貌有较大影响，在前驱体CuCl、Bi(NO3)3·5H2O和巯基乙醇的摩尔浓度分别为7.5 mmol/L，2.5 mmol/L，15.0 mmol/L的混合有机溶剂中180 ℃溶剂热3小时可以制备出由形貌规整的Cu3BiS3纳米片交织成网状组成的多孔状薄膜，这些纳米片呈圆盘状，厚度约为30 nm, 为单晶结构的脆硫铜铋相，光电化学分析结果表明由于TiO2纳米阵列薄膜表面的Cu3BiS3纳米片薄膜的存在，光电转化率提高了一倍以上。 (3) 利用水热法在TiO2纳米阵列薄膜生长了一层AgInS2团簇薄膜，制备出了AgInS2/TiO2双层膜结构。考察了前驱体浓度、反应时间等因素对AgInS2薄膜形貌的影响。研究表明，在前驱体AgNO3，In(NO3)3·5H2O和CH4N2S的摩尔量分别为0.40 mmol，0.40 mmol，0.80 mmol 的30 mL蒸馏水中180 ℃水热12小时可以制备出直径约为800 nm的AgInS2团簇状薄膜， AgInS2团簇为正交相，由不规则纳米颗粒组成的，薄膜层的厚度约为1.0 μm。由于AgInS2团簇薄膜优异的光电性能和高比表面积，光电性能测试表明AgInS2/TiO2双层薄膜的光电转化率是TiO2单层薄膜的2倍以上。 (4) 利用两步连续离子层吸附法制备了三元硫化物ZnIn2S4纳米薄膜，首先利用连续离子层吸附法制备了粒尺寸约为50 nm的闪锌矿结构ZnS薄膜，然后继续在ZnS薄膜表面吸附了一层In2S3薄膜，经烧结生成六方相ZnIn2S4纳米薄膜，经分析生成的ZnIn2S4薄膜为的粗糙度为0.23 μm，晶粒尺寸为100 nm，禁带宽度为2.5 eV，光电响应测试表明ZnIn2S4薄膜的响应程长是ZnS的两倍以上，其原因是ZnIn2S4薄膜的禁带宽度比ZnS的(3.3 eV)禁带宽度更窄，吸光度更高。 |
| 学科主题 | 材料科学与物理化学 |
| 公开日期 | 2014-11-21 |
| 源URL | [http://210.77.64.217/handle/362003/6744]  |
| 专题 | 兰州化学物理研究所_固体润滑国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 尹建波. 三元硫化物纳米薄膜的制备、结构及其光电性能研究[D]. 中国科学院大学. 2014. |
入库方式： OAI收割
来源：兰州化学物理研究所
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