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利用绿色化学法合成具有光伏性能的半导体纳米晶

作　者: 刘轶
导　师: 张皓
学　校: 吉林大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 半导体纳米晶 绿色化学 环境友好 无膦 光伏器件 光检测器 太阳能电池
分类号:
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


近年来，半导体纳米晶由于具有优良的光伏性能而被广泛应用于发光二级管、光检测器以及太阳能电池等领域。但是现有半导体纳米晶的合成方法对环境污染非常严重，人们迫切希望开发绿色环保的方法用于合成高质量半导体纳米晶。本论文中，我们先后开发了“一锅法”、“反向热注射法”以及“烷基硫醇辅助溶解硒粉法”等无膦方法用于合成高质量的油溶性半导体纳米晶，并对水相半导体纳米晶的生长机理进行了研究，成功的合成出不同尺寸、荧光量子效率、表面配体的水溶性半导体纳米晶，最终实现绿色合成这一目标，有力推动了半导体纳米晶在光伏领域的应用。第一，我们开发了“一锅法”以及“反向热注射法”用于合成ZnSe和Cu2-xSe等二元半导体纳米晶，并通过改变实验条件有效调控它们的尺寸、形貌以及晶型。Cu2-xSe半导体纳米晶具有优异的光伏性能，将其制成器件后，得到了很好的光检测性能。第二，我们开发了“烷基硫醇辅助溶解硒粉法”用于合成基于铜的多元硒化物半导体纳米晶。利用这种方法合成出的Cu2ZnSnSe4、Cu（InGa）Se2以及Co2+、Fe2+掺杂的Cu2SnSe3半导体纳米晶具有非常小的尺寸以及均匀的尺寸分布。用它们制成的光检测器具有非常好的光伏性能。第三，我们详细研究了静电相互作用对水相半导体纳米晶生长速率以及荧光量子效率的影响，实现了通过改变实验条件，合成任意尺寸、不同荧光量子效率、不同表面配体的CdTe半导体纳米晶。进一步将这些CdTe半导体纳米晶与聚对苯撑乙烯复合，制备了具有双层结构的杂化太阳能电池器件，并得到了很好的光电转换效率。

全文目录


提要  5-9
第一章 绪论  9-31
  第一节 半导体纳米晶的合成  9-20
    1.1.1 液相合成半导体纳米晶  9-13
    1.1.2 不同形貌半导体纳米晶的合成  13-14
    1.1.3 多组分纳米结构的合成  14-17
    1.1.4 绿色化学法合成半导体纳米晶  17-20
  第二节 半导体纳米晶在光伏器件中的应用  20-29
    1.2.1 发光二级管  20-21
    1.2.2 光检测器  21-22
    1.2.3 太阳能电池  22-29
      1.2.3.1 有机 无机杂化体相异质节太阳能电池  23-25
      1.2.3.2 无机薄膜太阳能电池  25-28
      1.2.3.3 半导体纳米晶敏化太阳能电池  28-29
  第三节 本文的设计思路  29-31
第二章 无膦合成具有光伏性能的半导体纳米晶  31-57
  第一节 引言  31-32
  第二节 利用“一锅法”合成形状可调的 ZnSe 半导体纳米晶  32-42
    2.2.1 实验部分  32-33
      2.2.1.1 实验原料  32
      2.2.1.2 表征仪器  32
      2.2.1.3 合成方法  32-33
    2.2.2 结果与讨论  33-42
      2.2.2.1 ZnSe 半导体纳米晶的结构与形貌  33-35
      2.2.2.2 ZnSe 半导体纳米晶的光谱性质  35-36
      2.2.2.3 前驱体浓度的影响  36-39
      2.2.2.4 锌与硒比例的影响  39-41
      2.2.2.5 升温速度的影响  41-42
  第三节 利用“反向热注射法”合成 Cu(2-x)Se 半导体纳米晶  42-54
    2.3.1 实验部分  43-45
      2.3.1.1 实验原料  43
      2.3.1.2 表征仪器  43
      2.3.1.3 合成方法  43-45
    2.3.2 结果与讨论  45-54
      2.3.2.1 Cu_(2-x)Se 半导体纳米晶的基本表征  45-46
      2.3.2.2 反应时间的影响  46-49
      2.3.2.3 硒浓度的影响  49-51
      2.3.2.4 反应温度的影响  51-52
      2.3.2.5 石蜡的影响  52-53
      2.3.2.6 Cu_(2-x)Se 半导体纳米晶的光伏性能  53-54
  第四节 本章小结  54-57
第三章 利用“烷基硫醇辅助溶解硒粉法”合成具有光伏性能的基于铜的多元硒化物半导体纳米晶  57-79
  第一节 引言  57-58
  第二节 利用“烷基硫醇辅助溶解硒粉法”合成 Cu_2ZnSnSe_4半导体纳米晶  58-69
    3.2.1 实验部分  58-60
      3.2.1.1 实验原料  58
      3.2.1.2 表征仪器  58
      3.2.1.3 合成方法  58-60
    3.2.2 结果与讨论  60-69
  第三节 利用“烷基硫醇辅助溶解硒粉法”合成 Co~(2+)、Fe~(2+)掺杂的 Cu2SnSe3半导体纳米晶  69-78
    3.3.1 实验部分  69-71
      3.3.1.1 实验原料  69
      3.3.1.2 表征仪器  69-70
      3.3.1.3 合成方法  70-71
    2.3.2 结果与讨论  71-78
  第四节 本章小结  78-79
第四章 水相合成半导体纳米晶的静电力学  79-98
  第一节 引言  79-80
  第二节 静电相互作用对水相半导体纳米晶初始生长阶段的影响  80-86
    4.2.1 实验部分  80-81
      4.2.1.1 实验原料  80
      4.2.1.2 表征仪器  80
      4.2.1.3 合成方法  80-81
    4.2.2 结果与讨论  81-86
  第三节 静电相互作用对于水相半导体纳米晶后续生长阶段的影响  86-96
    4.3.1 实验部分  87-89
      4.3.1.1 实验原料  87
      4.3.1.2 表征仪器  87-88
      4.3.1.3 合成方法  88-89
    4.3.2 结果与讨论  89-96
      4.3.2.1 前驱体浓度的影响  89-91
      4.3.2.2 离子强度的影响  91
      4.3.2.3 pH 值的影响  91-92
      4.3.2.4 镉与配体比例的影响  92-93
      4.3.2.5 荧光量子效率的影响因素  93-94
      4.3.2.6 配体种类的影响  94-96
      4.3.2.7 CdTe 半导体纳米晶在光伏领域中的应用  96
  第四节 本章小结  96-98
参考文献  98-116
致谢  116-117
作者简历  117
攻读博士学位期间发表论文  117-121
中文摘要  121-124
Abstract  124-127

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