【摘要】：過渡金屬硫族化合物(Transition Metal Dichalcogenides,TMDs)是一類重要的半導體材料。其具有較窄的帶隙,高的載流子遷移效率,以及較寬波長范圍的光吸收特性,因而更易于開發(fā)性能優(yōu)良的光電器件。相比于化學氣相沉積、機械剝離等制備方法,基于溶液的合成方法,如水熱法或溶劑熱法,是一種低成本、易操作且易制備出大面積、均勻穩(wěn)定薄膜的方法。然而目前為止,通過此類方法制備得到的硒化物絕大多數(shù)都是粉末,后續(xù)需要通過旋涂方式制作薄膜,以便制作光電器件。溶液法直接合成過渡金屬硒化物薄膜可簡化器件制作流程,提供大面積、高質(zhì)量的薄膜材料,受到研究人員的關注。本論文中,我們致力于運用溶劑熱法在不同基底上制備出過渡金屬硒化物薄膜,并且利用制備得到的硒化物開發(fā)性能良好的光探測器件。同時,也嘗試了采用金屬硒化物薄膜作為染料敏化太陽能電池的對電極。研究的主要內(nèi)容如下:1.利用溶劑熱法在FTO玻璃、石英片襯底上直接制備出了均勻穩(wěn)定的高質(zhì)量WSe_2薄膜。制備得到的WSe_2薄膜由致密、穩(wěn)定的層狀納米片組成。FTO襯底上的WSe_2薄膜厚度約為700nm,納米片厚度為10nm,石英片襯底上的薄膜厚度約為1.2μm,納米片厚度為20nm。此外,使用FTO襯底上的三維石墨烯薄膜作為生長框架,采用溶劑熱法在石墨烯上直接生長出WSe_2納米花,形成WSe_2/rGO復合物薄膜。2.分析了WSe_2薄膜的生長機制,重點研究了去離子水含量、合成溫度以及反應時間對WSe_2薄膜的結構與形貌的影響。實驗結果表明,去離子水對薄膜的生長具有重要的作用,但是去離子水的含量變化對薄膜的結構與形貌沒有產(chǎn)生明顯的影響;合成溫度對薄膜的生長影響較大,薄膜的厚度隨溫度的升高顯著增大,薄膜致密性和結晶性隨溫度的升高也逐漸提高;反應時間對薄膜的生長也有一定的影響,薄膜厚度隨反應時間的增加而緩慢增大。3.將石英片襯底上制備得到的WSe_2薄膜制作光探測器并進行了光響應性能測試。在532nm激光的激發(fā)光源下,測得器件的響應時間為0.16s,光敏度為3.3mA/W;在405nm激光的激發(fā)光源下,器件的響應時間為0.7s,光敏度為5.8mA/W。與其他報道的基于溶液法(水熱法、溶劑熱法等)制備的TMDs光探測器相比,本論文中WSe_2光探測器的性能優(yōu)越。4.采用溶劑熱法分別在FTO襯底上和石英片襯底上制備出了MoSe_2薄膜。在FTO襯底上的MoSe_2薄膜均勻致密,表面平整;石英片襯底上的MoSe_2薄膜展現(xiàn)了層狀納米片的形態(tài),納米片厚度約為40nm。通過物相結構表征分析,表明了MoSe_2薄膜均為六方晶體結構,且結晶性良好。5.將FTO襯底上制備得到的WSe_2薄膜、WSe_2/rGO復合物薄膜作為對電極組裝染料敏化太陽能電池,分別獲得了1.69%、3.09%的光電轉(zhuǎn)化效率,小于Pt對電極的7.37%的效率。將MoSe_2薄膜作為對電極組裝染料敏化太陽能電池,獲得了2.4%的光電轉(zhuǎn)化效率,小于Pt對電極的7.14%的效率。
【圖文】：

圖 1-1 單層硒化鎢分子結構圖Fig. 1-1 Molecular structure of monolayer WSe21.2 染料敏化太陽能電池1.2.1 染料敏化太陽能電池簡介太陽能電池，是一種將光能轉(zhuǎn)換成電能的重要半導體光電器件[26]。太陽能電池能量轉(zhuǎn)換過程的機理是：太陽光照射到半導體材料上經(jīng)吸收光子能量后，，價帶電子被激發(fā)躍遷產(chǎn)生參與導電的電子-空穴對[27]。太陽能電池種類包含第一代晶體硅太陽能電池、第二代薄膜太陽能電池[28]。然而第一和第二代太陽能電池的器件效率受限，而且其生產(chǎn)成本過高，同時易對環(huán)境產(chǎn)生較大的破壞，因此加快對新一代太陽能電池的研發(fā)是發(fā)展需求。新世紀以來，隨著廣大研究者的不懈努力，成本低廉、效率高的第三代太陽能電池應運而生。染料敏化太陽能電池是第三代太陽能電池中的代表，因其制作簡單、制作

圖 1-2 染料敏化太陽能電池的結構Fig.1-2 Structure of Dye-sensitized Solar Cell染料敏化太陽能電池基本工作原理染料敏化太陽能電池工作時，光子的捕獲和光生載流子的傳輸分別是光陽極完成的。而對電極的使用能夠有效降低電解液還原過電位，維電催化循環(huán)反應的進行。染料敏化太陽能電池工作的具體過程和機理]：1） 敏化劑吸收光子能量后，敏化劑分子（D）受光激發(fā)由基態(tài)躍遷發(fā)態(tài)（D*）：D+hv→D* (12） 激發(fā)態(tài)的敏化劑分子將電子注入到光陽極薄膜的導帶中：Ds*+ TiO2→D++ e- ( TiO2) (1
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.2;TM914.4

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本文編號：2707731