本文選題：CdS納米結(jié)構(gòu) + 原位生長��； 參考：《南京大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：納米半導(dǎo)體材料在光電領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用,成了材料科學(xué)、凝聚態(tài)物理學(xué)以及固體電子學(xué)等的研究熱點。納米化的電子元件具有很多優(yōu)勢：提高集成度并降低功耗、節(jié)約成本等。但是,作為器件的基本元件,納米材料的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)以及化學(xué)性質(zhì)決定著納米器件在應(yīng)用中的性能。因此,在低成本的前提下尋找合適的制備技術(shù),制備優(yōu)質(zhì)的納米材料已成為相關(guān)研究人員和應(yīng)用開發(fā)者所追求的目標。半導(dǎo)體硫化鎘(CdS)的能帶寬度為2.42 eV,在光催化、光電檢測、光電轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用,如作為窗口材料廣泛應(yīng)用在薄膜光伏太陽電池中,以碲化鎘(CdTe)、銅銦鎵硒(CIGS)、銅鋅錫硫(CZTS)等薄膜為基礎(chǔ)的太陽電池通常都使用CdS薄膜作為n型窗口材料,因而具有優(yōu)良性能的CdS窗口層的制備是高效薄膜太陽電池的重要基礎(chǔ)。本論文以CdTe薄膜光伏太陽電池的制備工藝為基礎(chǔ),制備了CdS窗口材料。主要內(nèi)容包括：(1)發(fā)展了一種原位制備CdS的生長方法。具體工藝過程為：通過近空間升華法制備p型CdTe薄膜,將H2S/N2的混合氣體通入生長腔并退火,這樣,在CdTe薄膜上原位生長了n型CdS薄膜或者納米線結(jié)構(gòu),并通過工藝參數(shù)的控制獲得了CdS/CdTe的pn結(jié),有望在低制備成本的前提下,為形成CdTe基太陽薄膜電池提供新的工藝方法。借助原位制備工藝,我們還成功地制備了其它系列過渡金屬硫化物的納米結(jié)構(gòu),如ZnS、CuS等納米結(jié)構(gòu)。(2)研究了高真空蒸發(fā)法和近空間升華法制備的CdTe薄膜的工藝過程和薄膜的光電性能。高真空蒸發(fā)生長的CdTe薄膜,其顆粒尺寸小于15 nm,薄膜表面平整,粗糙度約為4nm；近空間升華制備的CdTe薄膜的顆粒尺寸大,達到幾個微米,甚至幾十微米,表面粗糙度約0.3微米。大顆粒尺度的CdTe薄膜具有結(jié)晶度好,電池效率高、成本低的優(yōu)點。為此我們選擇近空間升華法制備CdTe薄膜。(3)研究了Au催化劑對CdS納米結(jié)構(gòu)形成的作用。Au作為一種常見的催化劑,它會誘導(dǎo)納米結(jié)構(gòu)在數(shù)量上的增加和形貌上的改變。沉積了不同厚度Au膜的CdTe薄膜置于H2S/N2混合氣流中,在同一溫度下進行退火,結(jié)果表明,Au膜的厚度影響了CdS納米結(jié)構(gòu)的形貌。當Au膜的厚度為5 nm時,納米結(jié)構(gòu)的形狀是納米線,而Au膜的厚度為15 nm時,納米結(jié)構(gòu)的形狀是納米片。從高分辨透射電鏡中可知,CdS納米線和納米片都是單晶的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu),同時CdS納米線的生長方向沿著(110)面生長,根據(jù)光致發(fā)光可知納米結(jié)構(gòu)的形貌差異可以有效地調(diào)節(jié)了CdS的發(fā)光性能。(4)研究了無模板、無催化劑的條件下,CdS納米結(jié)構(gòu)的生長。我們直接把CdTe薄膜放入H2S/N2的混合氣流中退火。隨著退火溫度的增加,CdTe的成份逐漸減弱,直至消失；而CdS的成份逐漸增強。這一由CdTe變?yōu)镃dS的過程也在拉曼、X射線光電子能譜和光致發(fā)光圖譜中觀測到。當退火溫度在400℃以下時,在表面形成了CdS薄膜,并伴隨有少量的納米線結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。隨著退火溫度進一步升高,納米線的數(shù)量顯著增加,當溫度超過500℃時,納米線的數(shù)量急劇減少,并且表面留下了很多納米孔洞。在以上研究的基礎(chǔ)上,我們提出了CdS納米結(jié)構(gòu)的生長機理：CdTe與H2S氣體發(fā)生反應(yīng)生成CdS,由于兩層薄膜之間的晶格失配產(chǎn)生了應(yīng)力,最后促使了納米線的形成。我們在Mo玻璃上生長了CdTe薄膜,通過在H2S氣氛中退火,成功制備出了CdS/CdTe異質(zhì)結(jié),同時也對制備過程中的每個環(huán)節(jié)進行了詳細的分析。低溫退火下制備的pn異質(zhì)結(jié)展示了正常的Ⅰ-Ⅴ曲線,而高溫退火下制備的異質(zhì)結(jié)展示了反常的Ⅰ-Ⅴ曲線,這種非常規(guī)的pn結(jié)歸因于納米pn結(jié)的并聯(lián)和pn結(jié)中的納米孔洞。(5)生長了CuS、ZnS納米結(jié)構(gòu),并研究了其光學(xué)性能。其過程是將Zn片和覆蓋Au膜的Zn片放入H2S/N2的混合氣流中退火。結(jié)果表明：Zn片高溫退火后,在表面原位形成了六方結(jié)構(gòu)和立方結(jié)構(gòu)混合的ZnS納米線結(jié)構(gòu)；覆蓋Au膜的Zn片在高溫退火后,在表面原位形成了六方單晶結(jié)構(gòu)ZnS納米帶結(jié)構(gòu)。ZnS線是Zn自催化生長的結(jié)構(gòu),納米帶在寬度方向上是Zn的自催化的結(jié)果,而在長度方向上是Au和Zn共同催化的結(jié)果。
[Abstract]:In this paper , CdS thin films are grown in situ by means of near - space sublimation method .
This paper deals with the effect of Au catalyst on the formation of CdS nano - structure . The results show that the nano - structure has the advantages of good crystallinity , high efficiency and low cost .
CdS / CdTe thin films were grown on Mo glass by annealing in H2S atmosphere .
The ZnS nano - band structure of hexagonal single crystal structure is formed in situ on the surface of Zn sheet covering Au film . The ZnS line is the structure of Zn self - catalytic growth , and the nanoribbons are self - catalyzed results of Zn in the width direction , and Au and Zn in length direction are the result of co - catalysis of Au and Zn .

【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 劉春霞,嚴文,范新會,劉建剛;用熱蒸發(fā)法制備CdS納米帶[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報;2005年01期

2 徐士民,薛寬宏,孔景臨,孫冬梅,馮玉英,陸海彥,王廣厚;鎘的硫族化合物半導(dǎo)體納米線陣列的模板法合成及其紫外可見吸收光譜研究(英文)[J];電化學(xué);2000年02期

3 蘇文悅,傅賢智,魏可鎂,張漢輝,林華香,王心晨,李旦振;TiO_2光催化劑的光譜研究[J];光譜學(xué)與光譜分析;2001年01期

4 鄭蔚,謝樹森,林棋榕,林挺,李步洪,張曉東;4O6.7～415.4nm和632.8nm輻射在人肺組織中的穿透深度[J];光子學(xué)報;1997年11期

5 陳彰旭;鄭炳云;李先學(xué);傅明連;謝署光;鄧超;胡衍華;;模板法制備納米材料研究進展[J];化工進展;2010年01期

6 于洪濤;全燮;;納米異質(zhì)結(jié)光催化材料在環(huán)境污染控制領(lǐng)域的研究進展[J];化學(xué)進展;2009年Z1期

7 施爾畏，夏長泰，，王步國，仲維卓;水熱法的應(yīng)用與發(fā)展[J];無機材料學(xué)報;1996年02期

8 舒磊,俞書宏,錢逸泰;半導(dǎo)體硫化物納米微粒的制備[J];無機化學(xué)學(xué)報;1999年01期

9 鄭廣富;異質(zhì)結(jié)[J];物理;1983年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 姚建曦;CdS/有機物納米復(fù)合材料的制備及其發(fā)光性能的研究[D];浙江大學(xué);2003年

2 武莉莉;CdTe多晶薄膜太陽電池的背接觸研究[D];四川大學(xué);2006年

3 楊再興;Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體納米材料的制備以及性能表征[D];南京大學(xué);2012年

4 呂斌;CdTe薄膜電池器件制備及相關(guān)材料研究[D];南京大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 王青青;CdS納米結(jié)構(gòu)的合成、表征和性能研究[D];浙江大學(xué);2006年

2 李曉汀;CdS半導(dǎo)體納米線的制備及特性研究[D];遼寧師范大學(xué);2012年

本文編號：1804224