不同半導(dǎo)體材料及其復(fù)合物的光電性質(zhì)研究.pdf

1、光電材料是太陽能電池的基礎(chǔ)，也是為人類社會提供可靠清潔能源過程中的關(guān)鍵一環(huán)。為了得到光電轉(zhuǎn)換效率更高同時使用更可靠的太陽能電池，科研工作者必須對不同光電材料的光電特性進(jìn)行深入的研究與探索。
　　新型半導(dǎo)體材料Cu4Bi4S9(CBS)具有很好的光穩(wěn)定性、強(qiáng)太陽光吸收性以及寬光譜吸收范圍等優(yōu)異光電性質(zhì)。這些優(yōu)異的性質(zhì)使其在太陽能電池領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用潛力。但是由于在 CBS中存在較高的電子復(fù)合率，抑制了其光生電荷的分離，限制了其優(yōu)良

2、的光電性質(zhì)，所以在論文中我們嘗試在 CBS中引入高電子遷移率的石墨烯或者氧化石墨烯(RGO)來改善 CBS的光電特性。石墨烯或者還原氧化石墨烯(RGO)是一種擁有二維結(jié)構(gòu)的碳同素異形體，而且其碳原子以sp2雜化的結(jié)合方式進(jìn)行連接，形成一種六角形的結(jié)構(gòu)形式。RGO特殊的結(jié)構(gòu)形式使其擁有一些其他材料無法比擬的優(yōu)良特性，例如在室溫下具有非常高的電子遷移率、高比表面積、高熱傳導(dǎo)性等特性。由于這些優(yōu)異的特性，在課題中我們嘗試引入擁有高電子遷移率的

3、RGO來改善CBS的光電特性。半導(dǎo)體材料α-Fe2O3擁有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、無毒性和低成本等優(yōu)良特性，同時由于其合理的價帶位置和良好的能帶隙，可以作為電子受體的α-Fe2O3在光伏材料領(lǐng)域擁有極高的應(yīng)用前景。在我們的課題中，我們將對這幾種材料進(jìn)行深入的研究與探索。
　　本論文的研究內(nèi)容主要分為三章
　　論文第二章主要闡述了表面光電壓技術(shù)(SPS)的發(fā)展歷程以及基本原理，同時介紹了表面光電壓譜儀器的基本結(jié)構(gòu)和每一部分的功能機(jī)制

4、。在章節(jié)的最后外場誘導(dǎo)下的表面光電壓技術(shù)(EFISPS)也得到了詳細(xì)的介紹。通過本章的研究，我們可以充分了解光面光電壓的作用機(jī)制以及半導(dǎo)體材料表面光電壓譜的主要測試方式。
　　在論文第三章闡述了用水熱法制備純凈CBS納米帶，然后在CBS納米帶膠體中加入不同質(zhì)量比的RGO，制備成擁有不同RGO質(zhì)量比的CBS-RGO復(fù)合物。在實(shí)驗(yàn)結(jié)論與分析中，通過分析樣品的 X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、高分辨透射電鏡(TEM)、選

5、定區(qū)電子衍射(SAED)和SPS來得出RGO對CBS光電性質(zhì)的影響以及最合適的RGO質(zhì)量比。
　　論文第四章闡述了采用溶膠凝膠法在 ITO導(dǎo)電玻璃上制備得到α-Fe2O3薄膜，然后在α-Fe2O3薄膜的基礎(chǔ)上，把擁有1.6％ RGO質(zhì)量比的CBS-RGO復(fù)合物膠體和純凈 CBS膠體分別旋涂到α-Fe2O3薄膜上，制備成α-Fe2O3/CBS-RGO和α-Fe2O3/CBS兩種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)及其太陽能電池。采用XRD、SEM、SPS、E

6、FISPS以及 I-V特征曲線等測試方法對其進(jìn)行研究。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明α-Fe2O3/CBS-RGO異質(zhì)結(jié)比α-Fe2O3/CBS異質(zhì)結(jié)擁有更強(qiáng)的表面光電壓響應(yīng)強(qiáng)度。所以通過把RGO引入CBS納米帶，CBS納米帶高電子復(fù)合率的缺陷得到改善，從而提升了異質(zhì)結(jié)中的光生電荷分離效率，提升了其光電性能。同時根據(jù)光生電荷傳輸機(jī)制，在α-Fe2O3/CBS-RGO中，不同材料之間形成一種能級匹配，從而使光生電子能夠順利的從CBS傳輸?shù)絉GO，然后

7、到達(dá)α-Fe2O3。通過EFISPS圖譜的分析，在正向電場下α-Fe2O3/CBS-RGO的光電性質(zhì)提升的幅度明顯高于α-Fe2O3/CBS，這個實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證明了RGO在異質(zhì)結(jié)的光生電荷分離中所扮演的重要職能。根據(jù)α-Fe2O3/CBS-RGO和α-Fe2O3/CBS太陽能電池的I-V特征曲線，α-Fe2O3/CBS-RGO和α-Fe2O3/CBS太陽能電池的最大光電轉(zhuǎn)換效率分別為6.8%和3.1%。此實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)一步證明了能帶匹配、