CdSe-TiO2異質(zhì)結(jié)薄膜的制備及其光電性能的研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類對能源需求越來越大，但地球上的化石資源儲量是有限的，最終也將面臨枯竭。新能源的利用和發(fā)展成為當(dāng)今世界研究的重要課題，其中利用TiO2制備太陽能電池越來越受到人們的關(guān)注。但是TiO2的禁帶寬度較大(銳鈦礦3.2 eV，金紅石3.0 eV)，只對紫外光區(qū)有響應(yīng)，另外，TiO2受到光激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對極易復(fù)合。單一的TiO2在可見光下光電響應(yīng)較弱，致使TiO2在太陽能電池領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制。本文使用半導(dǎo)體復(fù)合的方法

2、，將CdSe與TiO2復(fù)合，以提高TiO2的光電性能。
　　(1)采用水熱合成法，以鈦酸丁酯為鈦前體，濃鹽酸為水解抑制劑，制備了金紅石型TiO2納米棒陣列薄膜。考察了鈦前體濃度、酸度、反應(yīng)時間及反應(yīng)溫度對TiO2納米棒形貌的影響。結(jié)果表明，加入1 mL鈦酸丁酯、30 mL去離子水、30 mL濃鹽酸，以150℃~180℃加熱18 h，可以制備出直徑120 nm、垂直于基底、分散性較好的TiO2納米棒陣列薄膜。
　　(2)采用循

3、環(huán)伏安法在ITO玻璃上沉積CdSe薄膜。利用X射線衍射儀(XRD)、場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、原子力顯微鏡(AFM)、紫外-可見(UV-VIS)分光光度計以及電化學(xué)工作站對不同溫度退火后的CdSe薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、形貌、光學(xué)性能、光電性能進(jìn)行表征和測試。結(jié)果表明，制備的CdSe薄膜表面平整、厚度均勻，且由呈納米顆粒狀立方相CdSe構(gòu)成；經(jīng)退火后，CdSe納米顆粒出現(xiàn)不同程度的長大現(xiàn)象。紫外-可見吸收光譜表明隨著退火溫度的升高，CdSe

4、薄膜對可見光的吸收發(fā)生紅移，表明禁帶寬度逐漸減小，表現(xiàn)出量子尺寸效應(yīng)。通過光電流測試表明，隨著退火溫度的升高，CdSe薄膜的光電響應(yīng)效應(yīng)顯著提高。與未退火相比，350℃退火后，禁帶寬度從1.88 eV降低到1.75 eV，光電流密度從2.76 mA·cm-2提高到7.03 mA·cm-2，提升了2.5倍。
　　(3)以氯化鎘(CdCl2·5H2O)、二氧化硒(SeO2)為原料，采用循環(huán)伏安法，在TiO2納米棒陣列薄膜上沉積CdSe

5、，制備了CdSe/TiO2異質(zhì)結(jié)薄膜，并研究了SeO2濃度、沉積時間、退火溫度及退火時間對CdSe/TiO2異質(zhì)結(jié)薄膜形貌結(jié)構(gòu)及光電性能的影響。結(jié)果表明，使用4 mmol SeO2的100 mL水溶液，循環(huán)沉積4次，可制備出轉(zhuǎn)換效率為5.03％，光電流密度為3.61 mA·cm-2的CdSe/TiO2異質(zhì)結(jié)薄膜。當(dāng)CdSe/TiO2異質(zhì)結(jié)薄膜在450℃條件下經(jīng)5 h退火后，形成了棒-殼結(jié)構(gòu)，光電轉(zhuǎn)換效率進(jìn)一步提高至8.75%，光電流密度