半導(dǎo)體薄膜的制備及其光催化和光電性能研究.pdf

1、隨著能源枯竭和能源大量使用帶來的環(huán)境問題日益嚴峻，尋找新型清潔能源已經(jīng)成為全球熱點問題，太陽能的利用代表著未來能源發(fā)展的主要途徑。從1839年至今，光電轉(zhuǎn)化研究已取得了一系列重要進展，不僅奠定了堅實的理論基礎(chǔ)，而且在應(yīng)用方面也取得了重大突破。光催化和染料敏化太陽能電池始于上世紀70年代和90年代，其基本原理是光子激發(fā)半導(dǎo)體禁帶產(chǎn)生光生電子和空穴，從而產(chǎn)生氧化還原物種或光致電流。
　　本論文著重研制新型可見光響應(yīng)半導(dǎo)體薄膜材料、研究

2、半導(dǎo)體薄膜材料形貌結(jié)構(gòu)與光學(xué)吸收的內(nèi)在聯(lián)系、探究半導(dǎo)體薄膜材料光學(xué)吸收與光電轉(zhuǎn)化效率的關(guān)系以及考察石墨烯對半導(dǎo)體薄膜電子轉(zhuǎn)移效率的影響，具體研究內(nèi)容分為以下四個方面:
　　(1)采用TiF4乙醇溶液浸漬涂布在玻璃基底表面，由揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝制備介孔薄膜TiOF2可見光催化劑。通過濃度和溫度調(diào)變對薄膜進行優(yōu)化，結(jié)合能譜、紅外、核磁等表征，探索薄膜形成機理。該薄膜具有較高結(jié)晶度，同時與玻璃基底具有化學(xué)鍵鍵合作用，從而導(dǎo)致良好的結(jié)合穩(wěn)定度

3、，在降解染料廢水羅丹明B中顯示高可見光催化活性和良好的使用壽命。薄膜同時也可以拓展到其它硅系的載體，并表現(xiàn)了良好的成膜性能和潛在應(yīng)用功能。
　　(2)采用鈦片、四氟化鈦和叔丁醇溶劑在160℃條件下發(fā)生溶劑熱反應(yīng)，制備出具有光增強吸收作用的TiO2光子晶體薄膜。通過調(diào)變反應(yīng)時間、TiF4及HF酸含量，控制并優(yōu)化光子晶體薄膜的生長，促進對光的選擇性增強吸收。分別考察其在不同可控光區(qū)光源照射下，光催化降解染料廢水中羅丹明B和亞甲基藍的性

4、能，發(fā)現(xiàn)光增強吸收作用顯著提高光催化活性，結(jié)合相關(guān)表征，對其內(nèi)在關(guān)系進行了探索。
　　(3)采用乙醇、丙三醇和乙醚混合溶劑，以硫酸氧鈦為鈦源，控制反應(yīng)時間來制備具有球型、核殼型和空殼型TiO2納米球，并將之應(yīng)用于染料敏化太陽能電池的散射層，考察了不同結(jié)構(gòu)散射層對光的利用效率及光電轉(zhuǎn)化效率的影響，發(fā)現(xiàn)空腔結(jié)構(gòu)TiO2納米球散射層能夠顯著提高光的利用率，結(jié)合多種表征手段，證明光的多次反射有利于提高了光的利用率，進而提高了光電轉(zhuǎn)換效率。

5、
　　(4)將石墨作為雙烯體，馬來酸酣作為親二烯體，采用微波輔助加熱狄爾斯-可爾德反應(yīng)剝離石墨制備羧基功能化的石墨烯溶液，考察了溫度與配體濃度對石墨烯結(jié)構(gòu)的影響，確定最佳條件為溫度180℃，石墨與馬來酸酣的質(zhì)量比為1:1.5。將石墨烯進行低溫真空加熱，發(fā)生狄爾斯-可爾德反應(yīng)逆反應(yīng)，可以恢復(fù)石墨烯的導(dǎo)電性能，使石墨烯的薄膜方塊電阻降低一個數(shù)量級，并利用功能化的石墨烯的羧基作為石墨烯與半導(dǎo)體薄膜TiO2的橋梁，提高染料敏化太陽能電池電