銅鉍硫化物納米薄膜原位反應(yīng)制備及敏化TiO2光伏電池特性.pdf

1、銅鉍硫化物納米薄膜原位反應(yīng)制備及硫化物納米薄膜原位反應(yīng)制備及敏化敏化TiO2光伏光伏電池特性電池特性PreparationofCuSBi2S3ThinFilmsbyInsituChemicalReactionProcessPhotovoltaicacterizationofSensitizedTiO2SolarCells專業(yè)：材料學(xué)作者姓名：劉偉燕指導(dǎo)教師：靳正國教授天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院二零一四年十一月摘要太陽能電池作為一種清潔無

2、污染的新能源利用技術(shù)而受到廣泛關(guān)注，本文對(duì)太陽能電池的發(fā)展史、分類、結(jié)構(gòu)及原理、發(fā)展?fàn)顩r及存在的問題等進(jìn)行了綜述。迄今為止，太陽能電池仍存在光電轉(zhuǎn)化效率低、生產(chǎn)成本高和環(huán)境污染等問題。CuS和Bi2S3作為無毒的半導(dǎo)體材料，其塊體禁帶寬度分別為2.2eV和1.3eV，同時(shí)具有優(yōu)良的電學(xué)性能、光學(xué)性能和光電化學(xué)性能，所以在光伏器件等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。目前化學(xué)浴沉積(CBD)和連續(xù)離子吸附反應(yīng)法(SILAR)是制備金屬硫化物薄膜常用的

3、制備方法，然而CBD存在資源利用率差和薄膜厚度存在限制等問題，而SILAR的薄膜沉積速率慢，低于1nm次。針對(duì)此，本論文探索其他制備方法沉積CuS和Bi2S3薄膜的可能性，并對(duì)二者的光學(xué)和光電性能進(jìn)行了考察。主要工作如下：(1)以Cu2固態(tài)先置膜為陽離子源，(NH4)2S為陰離子源，采用原位反應(yīng)法制備CuS薄膜。系統(tǒng)的研究了溶液各組分的含量，循環(huán)次數(shù)和熱處理溫度對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)、形貌和光電性能的影響。研究表明，沉積的CuS薄膜由垂直于基底，沿

4、(102)晶面取向生長的半片狀結(jié)構(gòu)組成，薄膜的沉積速度達(dá)到了9nm次，且原位反應(yīng)沉積法具有自完善的功能，通過增加鍍膜次數(shù)可使薄膜形貌變得光滑、平整。對(duì)不同制備條件下的CuS薄膜的光電流密度進(jìn)行分析研究，發(fā)現(xiàn)40次循環(huán)次數(shù)所制備的并在200C下熱處理的薄膜的光電流密度最高，在1V偏壓下可達(dá)14.5mAcm2。(2)以Bi3固態(tài)先置膜為陽離子源，(NH4)2S為陰離子源，采用原位反應(yīng)法制備Bi2S3薄膜。同樣，研究了熱處理溫度和循環(huán)次數(shù)對(duì)薄

5、膜結(jié)構(gòu)、形貌和光電性能的影響。研究表明，常溫所制備的薄膜為無定形結(jié)構(gòu)，熱處理之后結(jié)晶度得到改善，為斜方相結(jié)構(gòu)，并且由細(xì)小顆粒長成短棒狀晶體。薄膜的平均沉積速度高達(dá)40nm次，8次循環(huán)次數(shù)所制備的并在300C下熱處理的薄膜具有最好的光電特性，光電流密度在0.5V偏壓下為5.03mAcm2。(3)采用原位反應(yīng)法制備了Bi2S3敏化TiO2光陽極和Bi2S3CuS雙量子點(diǎn)共敏化TiO2光陽極，并探討了其光學(xué)和光電性能。測試結(jié)果表明，量子點(diǎn)敏化