硫化物半导体材料的制备及性能研究

发布时间：2017-08-30 08:05

  本文关键词：硫化物半导体材料的制备及性能研究

  更多相关文章： 硫化物 半导体材料 溶剂热法 水热法 电化学沉积法 Cu_2ZnSnS_4薄膜 ZnIn_2S_4薄膜 SnS薄膜

【摘要】：硫化物半导体材料是一种非常重要的无机半导体材料,有着非常独特的光学和电学性能,被广泛应用于光催化、光电二极管、光导探测器、太阳能电池、太阳能选择性涂料以及传感器等方面,是近年来的研究热点之一。本文以Cu2ZnSnS4(CZTS), ZnIn2S4 (ZIS), SnS三种硫化物半导体材料为研究对象,旨在采用溶剂热法,水热法,电化学沉积法制备出具有特殊形貌结构的薄膜,并研究其形成机理及潜在应用。本文研究内容总结如下：1.采用溶剂热法,以PEG-400为溶剂及结构导向剂,FTO导电玻璃为基底,在反应温度为180℃,反应时间为22 h的条件下制备了带隙值为1.62 eV的p型CZTS纳米虫薄膜,以该薄膜组成的光电化学电池的光电转换效率为1.18%,研究了不同反应条件对薄膜的影响,结果表明：反应温度越高,薄膜的结晶性越好,但过高的反应温度(≥190℃),会产生ZnS杂相；延长反应时间有利于提高薄膜的结晶性,同时也可以使纳米虫结构变得更加精细,但反应时间过长(22 h)会导致薄膜脱落；分别以PEG-400,PEG-400/乙醇混合剂,乙醇为溶剂的对比实验发现PEG-400是形成纳米虫结构的关键因素。2.采用水热法,以氯化锌为锌源,氯化铟为铟源,硫脲为硫源,蒸馏水为溶剂,成功在FTO导电玻璃基底上制备出了致密均匀的ZIS薄膜,研究了不同反应条件对薄膜的影响,结果表明：反应温度对薄膜的纯度影响较大,反应温度过低(140℃),产物容易产生In(OH)3杂相,反应温度过高(≥170℃),产物中会出现ZnS杂相,薄膜中纳米片厚度随反应温度的升高而变厚,薄膜的禁带宽度随温度升高而增加,带隙值处于2.3-2.49 eV,薄膜的可见光发射峰强度随温度的提升呈先减弱后增强趋势,最佳反应温度为160℃；不同硫源制备的薄膜形貌不同,以硫代乙酰胺和半胱氨酸为硫源时得到的薄膜形貌分别为大小均一的米粒状颗粒和蜂窝状结构；随反应物浓度增加,薄膜载流子浓度呈先增后减趋势,浓度为C0时薄膜的载流子浓度最高,为6.70x1019cm-3,此外,反应物浓度会影响薄膜形貌,浓度为3/2 C0时,产物中出现新颖的玫瑰花状结构。3.采用电化学沉积法,以氯化亚锡为锡源,硫代硫酸钠为硫源,成功制备致密均匀的灰色SnS薄膜,研究了不同沉积条件对薄膜的影响,结果表明,薄膜的结晶性及颗粒尺寸随沉积电位负向增大(-0.7 V,-0.8 V,-0.9 V,-1.0 V)而增强,但沉积电位过大,电沉积体系中析氢严重,薄膜容易出现孔洞；不同沉积电位沉积的薄膜组成的光电化学电池转换效率随沉积电位负向增大而升高,最高为0.29%；沉积电位为-1.0 V时沉积的薄膜载流子浓度最高,为5.7×1021cm-3,此外,不同沉积电位沉积的薄膜带隙值处于1.32-1.41 eV,非常适合应用于薄膜太阳能电池领域；SnS薄膜的纯度受电解液中Sn2+/S2O32的浓度比影响,当Sn2+/S2O32-的浓度比为1：1时,得到的薄膜成分为单质锡。
【关键词】：硫化物 半导体材料 溶剂热法 水热法 电化学沉积法 Cu_2ZnSnS_4薄膜 ZnIn_2S_4薄膜 SnS薄膜
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O649
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第一章 绪论12-29
• 1.1 课题研究背景12
• 1.2 硫化物半导体材料的性质及应用12-27
• 1.2.1 Cu_2ZnSnS_4材料的研究进展13-19
• 1.2.2 ZnIn_2S_4材料的研究进展19-24
• 1.2.3 SnS材料的研究进展24-27
• 1.3 论文选题及主要内容27-29
• 第二章 溶剂热法制备CZTS纳米虫薄膜及性能研究29-45
• 2.1 引言29
• 2.2 实验部分29-32
• 2.2.1 实验原料及设备29-30
• 2.2.2 CZTS薄膜的制备步骤30-31
• 2.2.3 测试表征31-32
• 2.3 实验结果与分析32-43
• 2.3.1 薄膜的物相成分分析32-35
• 2.3.2 反应时间对薄膜形貌的影响35-37
• 2.3.3 溶剂对薄膜形貌的影响37-38
• 2.3.4 反应物浓度对薄膜成分的影响38-39
• 2.3.5 薄膜红外光谱分析39
• 2.3.6 薄膜光学性能分析39-40
• 2.3.7 薄膜电学性能分析40-42
• 2.3.8 溶剂热法制备CZTS纳米虫薄膜的机理分析42-43
• 2.4 本章小结43-45
• 第三章 水热法制备ZnIn_2S_4薄膜及性能研究45-64
• 3.1 引言45
• 3.2 实验部分45-46
• 3.2.1 实验原料及设备45-46
• 3.2.2 ZnIn_2S_4薄膜的制备步骤46
• 3.2.3 测试与表征46
• 3.3 实验结果与分析46-63
• 3.3.1 薄膜的物相成分结构和形貌分析46-50
• 3.3.2 反应温度对薄膜的影响50-54
• 3.3.3 反应时间对薄膜的影响54-56
• 3.3.4 硫脲含量对薄膜的影响56-58
• 3.3.5 不同硫源对薄膜的影响58-59
• 3.3.6 反应物浓度对薄膜的影响59-62
• 3.3.7 水热法制备ZIS薄膜的生长机理分析62-63
• 3.4 本章小结63-64
• 第四章 电化学沉积SnS薄膜及性能研究64-77
• 4.1 引言64
• 4.2 实验部分64-65
• 4.2.1 实验原料及设备64-65
• 4.2.2 SnS薄膜的制备步骤65
• 4.2.3 测试与表征65
• 4.3 实验结果与分析65-75
• 4.3.1 沉积电位对薄膜的影响65-71
• 4.3.2 Sn~(2+)/S_2O_3~(2-)值对薄膜的影响71-73
• 4.3.3 沉积温度对薄膜形貌的影响73-74
• 4.3.4 电化学沉积法制备SnS薄膜的形成机理分析74-75
• 4.4 本章小结75-77
• 第五章 结论及展望77-79
• 结论77-78
• 展望78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-92
• 攻读硕士学位期间发表的论文92

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;上海市半导体材料2003年学术年会日前召开[J];上海有色金属;2004年01期

2 ;《半导体材料》[J];稀有金属;2004年03期

3 ;瑞士开发新半导体材料“功耗为硅的十万分之一”[J];粘接;2011年03期

4 严世权;;2011年上海半导体材料学术年会召开[J];上海有色金属;2012年01期

5 杨德仁;陈鹏;皮孝东;;《半导体材料》课程改革[J];材料导报;2012年01期

6 葛涛;;上海硅材料发展中几个问题的讨论[J];上海金属.有色分册;1984年06期

7 林耀望;朱素珍;;加速我国半导体材料的发展[J];材料导报;1987年04期

8 王占国，，邓兆扬;半导体材料性能检测技术的新进展[J];稀有金属;1995年02期

9 金璐,王本民;空间半导体材料进展[J];材料导报;1997年02期

10 贺东江;中国半导体材料标准化工作回顾与展望[J];冶金标准化与质量;2004年06期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 华庆恒;汝琼娜;;半导体材料测量技术的新进展[A];中国电子学会生产技术学分会理化分析专业委员会第六届年会论文集[C];1999年

2 孟青;王成亮;江浪;李洪祥;胡文平;;高性能有机场效应晶体管半导体材料的设计、合成及性能研究[A];全国第八届有机固体电子过程暨华人有机光电功能材料学术讨论会摘要集[C];2010年

3 屠海令;;半导体材料工艺技术研究进展[A];中国有色金属学会第三届学术会议论文集——战略研究综述部分[C];1997年

4 常晓天;徐欣;王阳;郭煜;;金属、非金属、半导体材料对细胞生长的影响[A];中国细胞生物学学会第五次会议论文摘要汇编[C];1992年

5 屠海令;;纳米集成电路用半导体材料的科学与技术问题[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年

6 顾冰芳;徐国跃;任菁;蔡刚;罗艳;;半导体材料的红外吸收及低发射率方法研究[A];2006年全国功能材料学术年会专辑（Ⅲ）[C];2006年

7 叶谦;周峰;;CdS-TiO_2复合半导体材料的制备[A];甘肃省化学会二十六届年会暨第八届中学化学教学经验交流会论文集[C];2009年

8 徐军;徐科;陈莉;张会珍;;高性能阴极荧光分析系统及其在氮化物半导体材料中的应用[A];2005年全国电子显微学会议论文集[C];2005年

9 ;第9章 微电子半导体材料与器件[A];中国新材料产业发展报告（2010）[C];2011年

10 李光平;何秀坤;王琴;李晓波;阎平;汝琼娜;郑驹;;近代低温FT-IR技术及其在半导体分析中的应用[A];中国电子学会生产技术学会理化分析四届年会论文集下册[C];1991年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 田玉华 记者 刘领;省信息产业厅领导专题调研我市半导体材料产业基地[N];锦州日报;2006年

2 梁红兵;新工艺面临技术挑战半导体材料时代来临[N];中国电子报;2008年

3 ;半导体材料：追逐时代浪潮[N];河北日报;2002年

4 肖化;全球半导体材料市场仍将强劲增长[N];中国化工报;2008年

5 ;新政策对半导体材料业有积极作用[N];中国电子报;2009年

6 冯健;模式创新更加重要[N];中国电子报;2010年

7 本报记者 许金波;东方电气集团峨嵋半导体材料有限公司成立[N];乐山日报;2011年

8 杨春;去年半导体材料市场达420亿美元 中国增长排首位[N];电子资讯时报;2008年

9 中国电子材料行业协会经济技术管理部 祝大同 李清岩;我国半导体材料业十年大跨越[N];中国电子报;2012年

10 记者 常丽君;超高压下半导体材料可变身拓扑绝缘体[N];科技日报;2013年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 孙启明;半导体材料的锁相载流子辐射成像[D];电子科技大学;2015年

2 鞠鹏;钒酸盐半导体材料的制备及其光催化杀菌性能的研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2015年

3 豆艳坤;典型半导体材料电学性能的温度依赖特性研究[D];北京理工大学;2015年

4 王英锋;新型有机场效应晶体管半导体材料的设计、合成与性能研究[D];浙江大学;2015年

5 王军;半导体催化剂的制备及其在光催化有机合成和葡萄糖传感器中的应用探索[D];天津大学;2015年

6 秦艳艳;纳米贵金属/半导体材料对砷（Ⅲ）的光/电催化转化研究[D];中国地质大学;2016年

7 赵旭光;低维半导体材料的电子自旋结构及设计[D];华东师范大学;2013年

8 李赫;半导体材料的电沉积制备及其形貌控制研究[D];浙江大学;2007年

9 贾博雍;零维半导体材料的电子结构研究[D];北京邮电大学;2010年

10 孔晋芳;氧化锌基半导体材料的拉曼光谱研究[D];上海交通大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 董金雪;基于厑的有机小分子半导体材料的设计与合成[D];兰州大学;2016年

2 邢诗萌;锡酸镧钡薄膜的光电特性研究及半导体材料电学测试系统的设计[D];华东师范大学;2016年

3 黄瑶翰;硫化物半导体材料的制备及性能研究[D];西南交通大学;2016年

4 乌力吉贺希格;铁酸铋系半导体材料结构及其光催化性能[D];哈尔滨工业大学;2016年

5 童明清;有机P型半导体材料的制备及其表征[D];上海师范大学;2016年

6 朱芳;有机功能半导体材料的设计合成与性能研究[D];大连理工大学;2010年

7 张忠恕;半导体材料低温无磨料超光滑表面抛光分析的研究[D];长春理工大学;2009年

8 柯晓娟;半导体材料测试仪器的设计与制作[D];武汉科技大学;2013年

9 陈玉明;半导体材料带隙宽度的尺寸和温度效应研究[D];湘潭大学;2011年

10 王晓斌;镓基半导体材料的二次转化法制备与表征[D];太原理工大学;2013年

本文编号：758138