新型半导体纳米晶的合成及光电性能研究

发布时间：2016-11-23 07:50

  本文关键词：新型半导体纳米晶的合成及光电性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

《中国科学技术大学》 2015年

新型半导体纳米晶的合成及光电性能研究

杨驰  

【摘要】：近年来,半导体纳米晶由于其独特的物理、化学性能而被广泛的研究,半导体纳米材料在传统学科和新兴领域都有了很大的发展,被广泛的应用于光电器件,光催化和生物医药等领域,已成为一个在纳米材料科学的前沿热点。进入21世纪以来,人类面临的能源和环境问题日益严重,开发高效的洁净新能源迫在眉睫,目前半导体纳米材料在能源和环境方面具有很大的发展潜力,是一种发展新型洁净能源材料的重要途径。本论文工作着重研究了新型无机半导体合金纳米晶(Cu2Ge(S3-x,Sex))、磷化镉单晶纳米线、碲化镉/三辛基氧膦核壳纳米线和硒化锑/锑金属异质结结构的胶体溶液化学法合成,并对其性能进行了探索,考察了它们的应用潜力,主要研究内容为： (1)多元半导体材料由于组成复杂,各组分反应速度差异很大,在制备过程中极易出现相分离的现象。根据软硬酸碱化学理论,选择反应前驱体和反应介质,通过胶体溶液合成化学方法,我们成功地制备出多元半导体Cu2Ge(S3-x,Sex)纳米晶材料,实现了它们在全组分范围内的阴离子替代和相应的带隙调节：纳米晶材料的带隙随着Se元素含量的增加而逐渐减小,在1.2～2.16eV内连续可调。纳米晶呈现单晶结构、颗粒尺寸均匀。利用紫外-可见吸收光谱和循环伏安法考察了纳米晶材料的光电特性,所有纳米晶均显示p型导电特性；进一步与n型的CdS纳米棒阵列一起组装了纳米晶太阳能电池,显示出明显的光电转换性能,证明了Cu2Ge(S3-x,Sex)纳米晶在太阳能利用中的潜力。 (2)半导体一维材料被认为是纳米器件的重要组成基元,但其形成过程中需要特殊晶面的优势生长和其他晶面的有效钝化,可控制备的难度很高。我们采用溶液-液相-固相法,以低熔点的铋纳米颗粒为晶种在较低的温度下催化生长磷化镉纳米线,并对纳米线的生长条件进行了详细的考察,实现了对纳米线的长度调控,得到的纳米线为单晶结构,具有明显的量子尺寸效应,通过将磷化镉纳米线组装成光电探测器,验证了其在光电器件上的应用潜力。 (3)通过与(2)类似的技术,利用两步法的方案,催化制备了碲化镉纳米线作为核心,三辛基氧膦为壳层的核壳纳米线结构,实现了对壳层厚度的调控,通过对单根核壳纳米线进行的电导测试结果,表明了壳层结构的三辛基氧膦具有电学绝缘的特性,为进一步发展光电器件奠定了材料制备的基础。 (4)使用胶体溶液合成化学法,成功地制备了硒化锑纳米线／锑金属片的异质结结构。通过X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)及扫描透射电子显微镜图(STEM)对这种异质结结构的形貌、结构与成分进行了详细的考察。最后对硒化锑/锑异质结结构进行了光电化学表征。

【关键词】：
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN304;TB383.1
【目录】：

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