半導體光電材料利用太陽能進行光催化及光電轉換,被廣泛認為是一種有前途的利用可再生資源的方法。半導體光電材料對光的吸收,光生電荷的遷移、分離和復合影響著太陽能轉化成化學能以及電能的轉換效率。在傳統(tǒng)半導體材料中,ZnO因具有化學性質穩(wěn)定、來源豐富、成本低、良好光電特性、很強的光捕獲能力和良好的光生空穴溢出能力成為了研究最多的半導體光電材料之一。然而,ZnO帶隙寬(3.37 eV),主要吸收紫外光,未能將可見光行之有效的利用,這制約著光電轉換效率的提高。所以,尋找窄帶隙半導體修飾ZnO構成復合體系,可以對可見光有效利用,有益于光電轉換性能的提高。本文設計合成了ZnO/CuO和ZnO/Ag_3CuS_2復合光電極,利用光電流測試及光伏技術,平帶電位,循環(huán)伏安(CV),微分脈沖伏安(DPV)測試研究了所得樣品的光電和光催化性能。討論了光生電子的傳輸機理,主要研究工作為:1.以氟摻雜的二氧化錫(FTO)導電玻璃為基底,水熱合成法制得了ZnO納米棒陣列(NRs),進而經(jīng)過電化學沉積法并經(jīng)過退火后,制備了ZnO/CuO光電化學(PEC)電池結構單元。CuO作為一種p型窄禁帶敏化劑,可以使n型ZnO響應可見光,并通過建立p-n異質結構來加強光生電荷載流子的分離。通過模擬太陽光(AM 1.5)和單一ZnO、CuO薄膜的比較,詳細研究了ZnO/CuO的光電轉化和光催化甲醛氧化反應。此外,依據(jù)平帶電位,通過理論分析,得到了p-n非均勻界面的能級圖。2.水熱法制備了ZnO NRs,之后經(jīng)過離子交換過程得到ZnO/Ag_3CuS_2納米復合物,利用掃描電鏡、XRD、紫外可見光漫反射光譜等手段對樣品形貌表征。通過電化學測試,可知將三元半導體Ag_3CuS_2與ZnO復合后,光電流有所提高,證明ZnO/Ag_3CuS_2擁有良好的光電轉換性能。
【學位單位】：遼寧大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O646.54;TB383.2
【部分圖文】：

圖 1-1 半導體復合材料內部電子轉移示意圖[1]由至少兩種不同成分相互接觸而形成的納米異質結構材料，會出現(xiàn)明顯的質界面[2]。由于上述結構成分的各異性質，在這個異質界面能夠形成自建電場，電子與空穴按一定的方向移動，加強光生電子的產生、遷移，有益于電荷分，降低重組率，光電轉換效率得到改善。電子躍遷、再結合受到異質面組分化學性質，晶格失配的影響，因此決定著納米異質結構材料光電性能的優(yōu)良[3-5]。為了盡可能利用具有此結構材料的光電性能，我們可以根據(jù)實際需要對質結構半導體材料進行設計，例如結構、形貌晶體結構、晶格尺寸、組成成等，從而達到提高半導體微納復合光電材料的光電轉換率的目的，拓展應用域。3 半導體微納復合光電材料的應用) 太陽能電池在過去研究最多的是晶體硅太陽電池，但由于這類電池的缺陷，如純度要

ZnO 或 TiO2促進光電子有效分離。839 年，Becquerel 在電解液中用發(fā)光金屬的電極進行實驗時發(fā)現(xiàn)了光伏起了光電化學在各個領域研究的熱潮，為以后光電化學電池奠定了基礎驗室于1954年制得的單晶硅太陽能電池轉化率經(jīng)過改善以后從4.5%達開啟了新的光伏時代[17]。瑞士化學家 Gr tzel 小組在 1991 年發(fā)表了關s 的報道了，以效率高、工藝簡便的染料敏化的 TiO2薄膜作光電極的電池孔性，所以比一般半導體的比表面積多，染料吸附將會更多，光吸收，最終電池效率提高到了 7.9%，對電極用的是鉑電極，參與氧化還原液為光敏化劑[18]。子點（QDs）它具有獨特的優(yōu)勢，例如表面效應，量子尺寸以及限域效大大提高了此類太陽電池光電轉換率。由于量子尺寸效應的原因，能O2、ZnO 等寬帶隙納米半導體與量子點在接觸界面處形成了異質結構，電荷與空穴分離效率增加，如圖 1-2 所示，是太陽電池被量子點敏化工[19]。

且納米ZnO制備方法簡單，成本低，引起廣泛的研究。2006年，F(xiàn)ujihara等人報道了ZnO/N-719在模擬太陽光下的光電轉換效率高達4.1%，這一實驗結果為之前的理論工作提供了支持，證明了ZnO優(yōu)秀的光電化學性能，如圖1-3[21]。圖 1-3 （a）ZnO/N719 光電陽極在 100 mW/cm2和 14mW/cm2測試的 I-V 曲線圖，（b）電池的作用光譜和 ZnO/N719 光電陽極的吸收光譜[21]
【參考文獻】

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1 郝榮;蔣保江;李明霞;謝穎;付宏剛;;混晶相梭形TiO_2的構筑及其光催化分解水制氫性能研究（英文）[J];Science China Materials;2015年05期

2 李本俠;王媛媛;王艷芬;;CuO納米結構陣列的簡易合成及其光催化性質(英文)[J];物理化學學報;2009年11期

本文編號：2838813