电沉积SnS薄膜的织构调控及其热电性能的研究

发布时间：2017-07-30 05:04

  本文关键词：电沉积SnS薄膜的织构调控及其热电性能的研究

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【摘要】：热电材料作为一种非常有潜力的能量转换装置,可将废热转化为电能。由于SnS在室温下具有特殊的正交晶体结构,使其在择优的晶体取向上可能获得优异的热电性能。本文采用成本低、可批量制备以及工艺可控的电沉积方法,恒电位制备了纯相SnS薄膜,探索了制备过程中的电沉积参数、镀液条件以及共沉积机理,同时在不改变薄膜成分的前提下,通过加入表面活性剂制得不同织构的SnS,研究了不同织构的SnS薄膜的热电性能。研究表明,在K_4P_2O_7·3H_2O的作用下,S的析出电位正移,容易实现与Sn的共沉积。得到优化的电沉积溶液配方为90mM的K_4P_2O_7·3H_2O、30mM的SnC_(l2)·2H_2O以及100mM的Na_2S_2O_3·5H_2O,在水浴温度为30℃、沉积电位-1.0V、退火温度200℃、沉积时间2Omin的条件下制备了纯相n型SnS薄膜。通过加入表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)制得了沿着(001)晶面具有择优取向的SnS薄膜,当SDS浓度为0.03g/L时,薄膜成分和结构不发生变化,其(001)晶面的织构系数为1.59;在加入0.03g/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)时,SnS沿着(100)晶面的择优生长,其织构系数可高达4.14;在加入0.03g/L的尿素时,并且薄膜沿着(010)晶面的择优生长,XRD衍射结果表明沿着(010)晶面的织构系数达2.01。因此,通过加入不同表面活性剂控制了薄膜织构,具有(100)织构SnS薄膜的热电性能低于无织构SnS薄膜的热电性能,而(001)以及(010)织构的SnS薄膜的热电性能高于无织构SnS薄膜的热电性能,在(010)织构的SnS薄膜具有最低的ρ以及最高的PF,分别为9.372×10~(-4)ohm·m和2.619×10~4W·m~(-1)·K~(-2),其电导率是无织构的8.24倍,PF是无织构的8.13倍。可大幅度提高SnS热电转换效率,使这种薄膜在热电转换领域具有良好的应用前景.
【关键词】：SnS 电沉积 织构 表面活性剂 热电材料
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ153;TQ134.32
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 绪论16-32
• 1.1 前言16
• 1.2 热电理论研究背景简介16-18
• 1.2.1 热电效应16-17
• 1.2.2 热电性能的影响参数17-18
• 1.3 热电材料研究现状18-23
• 1.3.1 氧化物热电材料18-21
• 1.3.2 合金半导体热电材料21-23
• 1.4 SnS热电材料的研究23-25
• 1.5 SnS的物理化学性质25
• 1.6 SnS薄膜的制备方法25-29
• 1.6.1 电沉积法25-26
• 1.6.2 模板辅助的电沉积法26-27
• 1.6.3 化学浴法27-28
• 1.6.4 化学气相沉积法28
• 1.6.5 溶胶-凝胶法28-29
• 1.6.6 热蒸发法29
• 1.7 本文的主要研究目的、意义、内容及其创新29-32
• 第二章 实验材料的制备及其测试32-38
• 2.1 实验材料以及仪器32-34
• 2.1.1 主要使用的化学试剂32-33
• 2.1.2 主要使用的实验仪器33-34
• 2.2 实验方法34-36
• 2.2.1 实验装置34
• 2.2.2 基片的前处理34-36
• 2.3 样品所用到的表征手段36
• 2.4 样品性能测试36-38
• 第三章 SnS半导体薄膜的电化学制备与表征38-68
• 3.1 电沉积SnS的电化学影响因素的条件研究38-40
• 3.1.1 SnCl_2溶液加入K_4P_2O_7络合剂后的极化行为38-39
• 3.1.2 络合剂对于Na_2S_2O_3·5H_2O阴极极化行为的影响39-40
• 3.1.3 电沉积液中的电化学行为40
• 3.2 pH值对薄膜组分的影响40-41
• 3.3 沉积电位以及退火温度对薄膜结构、组分以及形貌的影响41-58
• 3.3.1 沉积电位-0.9V时,退火温度对结构、形貌、组分的影响41-46
• 3.3.1.1 沉积电位-0.9V时,退火温度对结构的影响41-42
• 3.3.1.2 沉积电位-0.9V时,退火温度对形貌的影响42-43
• 3.3.1.3 沉积电位-0.9V,不同退火温度的薄膜组分退火温度对成分的影响43-44
• 3.3.1.4 沉积电位-0.9V时,不同退火温度的Raman表征44-46
• 3.3.2 沉积电位-1.0V时,退火温度对结构、形貌、组分的影响46-53
• 3.3.2.1 沉积电位-1.0V时,退火温度对结构影响46-47
• 3.3.2.2 沉积电位-1.0V时,退火温度对形貌影响47-48
• 3.3.2.3 沉积电位-1.0V,不同退火温度薄膜的成分48-49
• 3.3.2.4 沉积电位-1.0V时,不同退火温度的Raman表征49-51
• 3.3.2.5 沉积电位-1.0V时,不同退火温度的XPS表征51-53
• 3.3.3 沉积电位-1.1V时,退火温度对结构、形貌、组分的影响53-58
• 3.3.3.1 沉积电位-1.1V时,退火温度对结构的影响53-54
• 3.3.3.2 沉积电位-1.1V时,退火温度对形貌的影响54-55
• 3.3.3.3 沉积电位-1.1V,不同退火温度的薄膜组分55-56
• 3.3.3.4 沉积电位-1.1V,不同退火温度的Raman表征56-58
• 3.4 沉积时间对结构、组分以及形貌的影响58-64
• 3.4.1 沉积时间对结构的影响58-60
• 3.4.2 沉积时间对形貌的影响60-61
• 3.4.3 沉积时间对成分的影响61-62
• 3.4.4 不同沉积时间的Raman表征62-64
• 3.5 薄膜的热电性能64-65
• 3.6 本章小结65-68
• 第四章 (001)织构的SnS薄膜的制备及其研究68-78
• 4.1 (001)织构晶面的SnS薄膜的制备68-75
• 4.1.1 加入不同量SDS对结构的影响68-70
• 4.1.2 加入不同量SDS对形貌的影响70-72
• 4.1.3 加入不同量SDS对成分的影响72
• 4.1.4 加入不同量SDS的Raman表征72-75
• 4.2 (001)织构晶面的SnS薄膜的热电性能75
• 4.3 本章小结75-78
• 第五章 (100)织构的SnS薄膜的制备及其研究78-86
• 5.1 (001)织构晶面的SnS薄膜的制备78-84
• 5.1.1 加入不同量的CTAB对结构的影响78-80
• 5.1.2 加入不同量CTAB对形貌的影响80-81
• 5.1.3 加入不同量CTAB对成分的影响81-82
• 5.1.4 加入不同量CTAB的Raman表征82-84
• 5.2 (100)织构晶面的SnS薄膜的热电性能84-85
• 5.3 本章小结85-86
• 第六章 (010)织构的SnS薄膜的制备及其研究86-94
• 6.1 (010)织构晶面的SnS薄膜的制备86-93
• 6.1.1 加入不同量尿素对结构的影响86-88
• 6.1.2 加入不同量尿素对形貌的影响88-89
• 6.1.3 加入不同量尿素对成分的影响89-90
• 6.1.4 加入不同量尿素的Raman表征90-93
• 6.2 (010)织构晶面的SnS薄膜的热电性能93
• 6.3 本章小结93-94
• 第七章 结论94-96
• 参考文献96-102
• 致谢102-104
• 作者及导师介绍104-106
• 附件106-107

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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本文编号：592586