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电化学自生长制备Bi2Se3纳米枝晶结构及其光电转换性能研究

作　者: 韩灿
导　师: 刘业翔
学　校: 中南大学
专　业: 冶金工程
关键词: 硒化铋（Bi2Se3） 纳米枝晶 电化学自生长
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 6次
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内容摘要


摘要：基于量子尺寸效应、介电限域效应等,Ⅴ2-Ⅵ3型半导体纳米结构材料凭借其优异的光学、热学、电学及磁学等方面的性质,在光电器件、热电装置、红外光谱等领域具有广阔的应用前景。在各种制备方法中,电化学自生长技术具有低成本、高效率、适合于大面积沉积等优势。本论文选取硒化铋(Bi2Se3)为研究对象,开展了Bi2Se3纳米枝晶结构电化学自生长方面的研究工作,并对其进行了光电转换性能研究,主要结果如下：(1)首次采用电化学自生长法实现了Bi2Se3纳米枝晶结构的可控制备。采用循环伏安法研究了Bi-Se电解液体系的电化学行为,研究了沉积电位、沉积温度、络合剂添加量及沉积时间对电化学自生长硒化铋纳米结构形貌及成分的影响规律,形成了对其电化学自生长机理方面的大体认识。在电解质溶液中络合剂(KSCN)添加量为10mmol/L,沉积电位为-0.15V,沉积温度为25℃沉积时间为60min的条件下制备出了发育成熟、具有高阶结构的Bi2Se3纳米枝晶结构。(2)对电化学自生长制备的Bi2Se3纳米枝晶结构进行了系统的材料表征与分析。采用SEM、EDS、TEM、 XRD、XPS、Raman等检测手段对薄膜样品进行形貌、成分及物相结构分析,得知所制备的纳米结构材料符合斜方六面体晶型结构的Bi2Se3物相(JCPDS33-0214),且样品的表面物相易被氧化；采用UV-VIS-NIR测试得到Bi2Se3纳米枝晶结构的带隙宽度为0.50±0.01eV,高于Bi2Se3薄膜的带隙宽度(0.35eV)；采用光电化学(PEC)测试和Motto-Schottky测试分别对Bi2Se3纳米枝晶结构和Bi2Se3薄膜进行了电学及光电转换性能表征,得知二者均为体相p型而表面n型的的半导体薄膜材料,它们的平带电位分别为-0.03V和-0.07V,载流子浓度分别为2.9×1020/cm3和2.1×1020/cm3。 Bi2Se3纳米枝晶结构具有比Bi2Se3薄膜更好的光电转换能力。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-23
  1.1 纳米结构材料概述  10-13
    1.1.1 纳米结构材料的定义及特征  10-11
    1.1.2 纳米结构材料的应用领域  11-13
    1.1.3 纳米枝晶结构  13
  1.2 纳米结构材料的制备方法  13-17
    1.2.1 水热法  13
    1.2.2 溶剂热法  13-14
    1.2.3 热注射法  14
    1.2.4 气-液-固(VLS)生长法  14-15
    1.2.5 真空磁控溅射法  15
    1.2.6 溶胶-凝胶法  15
    1.2.7 模板法  15-16
    1.2.8 溶液-液相-固相法(SLS)  16-17
    1.2.9 电沉积法  17
  1.3 纳米结构自生长技术  17-18
  1.4 Bi_2Se_3材料的结构特点与应用领域  18-20
    1.4.1 金属硒化物材料的结构特点与应用领域  18
    1.4.2 Bi_2Se_3材料的结构特点及应用领域  18-20
  1.5 Bi_2Se_3材料的制备方法及纳米化研究  20-21
    1.5.1 Bi_2Se_3薄膜材料的制备方法  20
    1.5.2 Bi_2Se_3薄膜材料的纳米化研究进展  20-21
  1.6 研究内容及目的意义  21-23
    1.6.1 研究内容  21-22
    1.6.2 研究目的及意义  22-23
2 实验过程及测试分析方法  23-29
  2.1 实验过程  23-24
    2.1.1 实验试剂  23
    2.1.2 溶液体系  23
    2.1.3 基底清洗  23-24
    2.1.4 三电极体系  24
  2.2 材料表征手段  24-29
    2.2.1 纳米结构材料的成分分析  24-25
    2.2.2 纳米结构材料的形貌分析  25-26
    2.2.3 纳米结构材料的物相分析  26-27
    2.2.6 材料的光学性能测试  27-28
    2.2.7 材料的光电转换性能测试  28-29
3 Bi_2Se_3纳米枝晶结构的电化学自生长制备  29-42
  3.1 Bi-Se溶液体系的电化学行为研究  29-33
    3.1.1 单组分Bi体系在SnO_2基底上的电化学行为  30
    3.1.2 单组分Se体系在SnO_2基底上的电化学行为  30-31
    3.1.3 二元Bi-Se体系在SnO_2基底上的电化学行为  31-33
  3.2 Bi_2Se_3纳米枝晶结构的电化学自生长制备  33-41
    3.2.1 沉积电位对硒化铋纳米结构形貌和成分的影响  33-34
    3.2.2 沉积温度对硒化铋纳米枝晶结构形貌和成分的影响  34-37
    3.2.3 络合剂添加量对硒化铋纳米枝晶结构形貌和成分的影响  37-39
    3.2.4 沉积时间对硒化铋纳米枝晶结构形貌和成分的影响  39-40
    3.2.5 Bi_2Se_3纳米枝晶结构的电化学自生长制备  40-41
  3.3 本章小结  41-42
4 Bi_2Se_3纳米枝晶结构的表征  42-55
  4.1 Bi_2Se_3纳米枝晶结构的物相结构表征  42-48
    4.1.1 硒化铋纳米枝晶结构的形貌及成分分析  42-45
    4.1.2 Bi_2Se_3纳米枝晶结构的物相结构分析  45-48
  4.2 Bi_2Se_3纳米枝晶结构的光学、电学及光电转换性能表征  48-54
    4.2.1 Bi_2Se_3纳米枝晶结构的光学性能表征  49-50
    4.2.2 Bi_2Se_3纳米枝晶结构的电学及光电转换性能表征  50-54
  4.3 本章小结  54-55
5 结论与展望  55-57
参考文献  57-65
攻读学位期间主要的研究成果目录  65-66
致谢  66

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