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一维铁基半导体薄膜电极的制备及其光电性质的研究

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一维铁基半导体薄膜电极的制备及其光电性质的研究

作者：李迎辽宁大学

学位级别：硕士

太阳能电池是太阳能利用中可实现光电转换的一种有效手段,其中具有光电转换性能的半导体材料已成为研究热点。α-FeO是一种常见的半导体材料,带隙宽度为2.1 eV,由于其化学稳定性好、成本低、在可见光区可吸收光子等优点成为在太阳能电... 详细信息

太阳能电池是太阳能利用中可实现光电转换的一种有效手段,其中具有光电转换性能的半导体材料已成为研究热点。α-FeO是一种常见的半导体材料,带隙宽度为2.1 eV,由于其化学稳定性好、成本低、在可见光区可吸收光子等优点成为在太阳能电池中具有潜在应用的半导体材料。尽管α-FeO拥有诸多优点,但同时也存在着光生电荷寿命短、电子迁移率较低等缺点,现有报道中的实际光转化效率也比理论效率低的多。为了克服这些问题,构建异质结构和辅助掺杂就成为了解决问题常用的两种方法。biOI被视为新一代高效、环境友好、可见光响应的半导体光电极材料,化学稳定性高,禁带宽度窄。但单体biOI中光生电子和空穴在迁移过程中仍然有较大复合几率,大大降低了其光催化效率和光电转换性能。本文利用构筑异质结构和bi辅助掺杂这两种方式分别制备了FeO/biOI复合光电阳极和微量掺杂bi的bi-FeO光电阳极,并将其应用在太阳能电池当中。对其形貌、光电转换性能等方面进行表征,研究并探讨出光生电子和空穴产生以及传输的机理。本文主要工作如下:1.采用水热合成法制备了生长于导电玻璃(FTO)基底上的FeO纳米棒阵列,通过化学浴沉积(CBD)法成功地将biOI与FeO纳米棒阵列复合在一起,制备了一种新型太阳能电池光阳极。n型半导体FeO与p型半导体biOI复合所形成的n-p异质结构能够有效促进光生电子-空穴对的分离进而提升太阳能电池的光电转换效率,通过控制化学浴沉积的循环次数可实现光电转换效率的最大化。基于FeO/biOI光电阳极的太阳能电池,模拟太阳能电池的效率最高可达0.55%,开路电压和短路电流分别可达到0.41 V和4.89 m A·cm,FF(%)为33.4。此项研究为发展低成本、环境友好并且可应用在太阳能电池中的光电材料提供了一种可行方法。2.采用水热法在FTO导电玻璃基底上合成了一种bi微量掺杂的FeO纳米棒薄膜电极。通过控制bi(NO)·5HO的量,可以制备出不同Fe与bi摩尔比的bi-FeO光电极。所得的bi-FeO光电极与单纯FeO光电极相比,纳米结构没有发生变化,但在光电流、光电压等光电性能方面都有明显提升,基于bi-FeO光电阳极制备所得的太阳能电池展现出优秀的光电性能,光电转换效率最高可达0.20%,其中短路电流为2.67 mA·cm,开路电压为0.30 V,FF(%)为25.0。

关键词：太阳能电池碘氧化铋（biOI）三氧化二铁(Fe2O3) 异质结构 bi掺杂

微波激活固相反应制备Mg2Si基热电材料及性能研究

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微波激活固相反应制备Mg2Si基热电材料及性能研究

作者：王彦坤太原理工大学

学位级别：硕士

热电材料是用来实现热能和电能直接相互转换的一种功能材料，热电材料制成的热电器件可用来实现温差发电和制冷，具有环境污染低、噪声小、质量轻、占用空间小和安全性高等优点，因此对于热电材料的开发研究与实际应用具有广阔前途。Mg2... 详细信息

热电材料是用来实现热能和电能直接相互转换的一种功能材料，热电材料制成的热电器件可用来实现温差发电和制冷，具有环境污染低、噪声小、质量轻、占用空间小和安全性高等优点，因此对于热电材料的开发研究与实际应用具有广阔前途。Mg2Si1-xSnx基热电材料是一类重要的中温（400~900K）热电材料，具有原料蕴藏丰富，价格低廉，组成元素无毒和比重小等优点，但由于Mg的蒸发和氧化等问题，在制备过程中难以精确控制产物计量比，进而影响其热电性能的进一步提高。本文针对n型Mg2Si1-xSnx基固溶体研究存在的上述问题，以MgH2为原料，采用微波加热合成技术，结合电场激活压力辅助合成法（FAPAS）实现了Mg2Si1-xSnx基热电材料的固溶与致密化。论文从理论方面初步探索微波加热特性及发热机理，研究了微波对Mg2Si1-xSnx基热电材料的合成过程、产物物相结构、以及bi掺杂对其热电性能的影响，得到如下主要结论：（1）微波可以快速完成MgH2粉、Si粉和Sn粉之间的固相反应，获得单一物相的纯净产物，且随着微波功率功率增大，Mg2Si反应速度加快，但对产物Mg2Si的粒度和纯度没有影响。（2）随着Sn含量的增加，Mg2Si1-xSnx固溶体的电导率不断提高，Seebeck系数的绝对值逐渐减小，热导率由纯Mg2Si和Mg2Sn的4~6Wm-1K-1最低降低到1~2Wm-1K-1，在480K时Mg2Si0.4Sn0.6样品获得最佳ZT值0.2。（3）bi的掺入显著增加了电子浓度、优化了Seebeck系数，有效的提高了功率因子;同时bi的掺入显著增加了晶格的乱序程度和点缺陷的密度，使晶格热导率降低;在700K，y=0.03的Mg2Si0.4Sn0.6-ybiy（0≤y≤0.04）固溶体样品获得了最大ZT值为0.68。

关键词：微波 MgH2 Mg2Si1-xSnx bi掺杂热电材料

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铋掺杂砷化镓晶体的坩埚下降法生长研究

铋掺杂砷化镓晶体的坩埚下降法生长研究

作者：王冰心上海应用技术学院

学位级别：硕士

砷化镓是典型的第二代半导体材料,属于直接带隙半导体(1.432eV)。它具有电子迁移率大(8500cm2v-1s-1)、耐高温和抗辐射等优点,在光电子器件和微电子器件领域具有广泛的应用。由于bi掺杂能够改善GaAs晶体的温度敏感性和调节晶体带宽,因... 详细信息

砷化镓是典型的第二代半导体材料,属于直接带隙半导体(1.432eV)。它具有电子迁移率大(8500cm2v-1s-1)、耐高温和抗辐射等优点,在光电子器件和微电子器件领域具有广泛的应用。由于bi掺杂能够改善GaAs晶体的温度敏感性和调节晶体带宽,因此bi掺杂GaAs合金成为半导体领域的研究热点之一。有报道采用分子束外延法和金属有机气相外延法生长GaAs:bi薄膜,研究表明bi掺杂可调节GaAs带宽,同时保持原有的电子迁移率。GaAs:bi晶体有望获得更好的性能调节效果,然而由于掺杂严重的分凝,GaAs:bi晶体很难生长。GaAs晶体有多种生长方法,包括液封提拉法(LEC)、水平布里奇曼法(HB)、垂直梯度法(VGF)等。坩埚下降法是一种生长GaAs晶体行之有效的方法,最近在取向GaAs晶体产业化方面取得了显著效果。本工作是在GaAs晶体下降法生长基础上,采用取向的GaAs籽晶和PBN坩埚,B203作为液封剂,成功生长出直径为2英寸bi掺杂GaAs晶体。晶体中bi的名义掺杂量为2.5%,晶体表面有少许小坑,顶部有少量析出物。扫描电子显微镜观察结果显示,晶体中存在有少量的富bi包裹物。熔融KOH液腐蚀显示,晶体位错密度较高,有较多的位错线。透过光谱图和EDS均有bi相关谱峰的存在,说明bi原子已掺杂到GaAs晶体中。X射线双摇摆曲线测得半高峰宽值为42",晶体完整性还有待提高。与未掺杂GaAs晶体相比,所得晶体的禁带宽度出现红移,从1.43eV移至近1.39eV。测试结果显示GaAs:bi晶体可以作为近红外半导体激光器的衬底材料。

关键词：下降法晶体生长砷化镓晶体 bi掺杂

硒化铜铋薄膜和硒化锑铋薄膜的电沉积制备及性能表征

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硒化铜铋薄膜和硒化锑铋薄膜的电沉积制备及性能表征

作者：王博中南大学

学位级别：硕士

探索新型矿源丰富、环境友好的廉价薄膜太阳电池材料是当前太阳电池研究的热点。在各种薄膜材料制备方法中,电沉积法具有低成本、非真空和高效率等优点,适合于薄膜太阳电池的制备。基于薄膜太阳电池材料的要求和制备方法的分析,本论文... 详细信息

探索新型矿源丰富、环境友好的廉价薄膜太阳电池材料是当前太阳电池研究的热点。在各种薄膜材料制备方法中,电沉积法具有低成本、非真空和高效率等优点,适合于薄膜太阳电池的制备。基于薄膜太阳电池材料的要求和制备方法的分析,本论文选择硒化铜铋和硒化锑铋这两种元素丰度高、低成本的金属硒化物薄膜为研究对象,采用电沉积法制备,并对薄膜进行表征,主要研究结论如下： 1.首次采用电沉积法从酸性水溶液中制备出了硒化铜铋薄膜。采用循环伏安法研究了薄膜沉积的电化学行为,发现铜和铋均是以欠电位沉积方式进入薄膜。研究了主要电沉积工艺参数对硒化铜铋薄膜成分和形貌的影响,发现沉积电位和pH值对薄膜成分和形貌影响显著,而沉积温度影响较小。在沉积电位-0.22Vvs. SCE、温度25。C和pH值1.5时可制备表面平整致密、化学计量组成为Cu1.09bi1.42Se3且主晶相为bi2Se3的薄膜,其光吸收系数超过5×104cm-1,带隙宽度为1.504±0.01eV。多种电学表征结果表明,薄膜导电类型为p型。其中,霍尔测试测得薄膜的载流子浓度、载流子迁移率和电阻率分别为2.5×1018～5.6x1019cm-3、0.16～1.40cm2·V-1·s-1和70.2～175.8Ω.cm-1;光电化学测试表明薄膜具有良好的光电压响应;Mott-Schottky测试测得薄膜平带电位为-0.24±0.03V vs. SCE,载流子浓度为8.9×1019cm-3,与霍尔测试结果一致。 2.采用电沉积法从酸性水溶液中制备了硒化锑铋薄膜。采用循环伏安法研究了薄膜沉积的电化学行为,发现铋是以欠电位沉积方式进入薄膜,而锑未观察到该行为;锑、铋和硒可在-0.60～-0.30V vs. SCE范围实现共沉积。研究了主要电沉积工艺参数对硒化锑铋薄膜成分和形貌的影响,发现沉积电位和pH值对薄膜成分和形貌影响显著,而沉积温度影响甚微。在沉积电位-0.40V vs. SCE、湿度25℃和pH值1.5时可制备表面形貌较致密,化学计量组成为Sb1.03bi0.97Se3的薄膜;薄膜经热处理后成分变化不大,但结晶质量得到极大改善,且为呈正交Pbnm（62）结构的bi掺杂Sb2Se3相;其光吸收系数高达105cm-1,带隙宽度为1.12±0.01eV。光电化学和Mott-Schottky测试表明,薄膜导电类型为n型,载流子浓度为1.1×1019cm-3,平带电位为-0.40±0.03V vs. SCE,并具有显著的光电流和光电压响应。另外,研究发现锑铋原子比（Sb/bi）变化对硒化锑铋薄膜的晶型结构和光学性质影响显著：随着Sb/bi比的增大,薄膜可由菱形R-3m（166）结构的Sb掺杂bi2Se3相向正交Pbnm（62）结构的bi掺杂Sb2Se3相转变;其中后者具有较大的光吸收系数（～105cm-1）和带隙宽度（0.90～1.12eV）。

关键词：硒化铜铋硒化锑铋 bi掺杂电沉积薄膜太阳电池

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bi掺入相变光盘GaSb靶材的研究

信息记录材料 2006年第6期7卷 18-21页

作者：袁学翔朱德贵西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室成都610031

光盘存储技术正逐步占据数据记录的主导地位,其中的相变光盘吸引了越来越多的研究者。本文研究了bi的掺入对相变光盘GaSb靶材性能的影响,通过XRD分析得到bi原子主要代替靶材中的Sb原子,DSC分析表明随着bi的含量的增加靶材的熔点下降。

关键词：相变光盘 GaSbbi 热等静压 bi掺杂

Sn_(1-x)bi_xO_2纳米粉体的制备及其表征

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电工材料 2012年第3期 3-6,10页

作者：申乾宏乔秀清穆成法陈乐生樊先平杨辉浙江大学材料科学与工程学系杭州310027 浙江大学浙江加州国际纳米技术研究院杭州310029 温州宏丰电工合金股份有限公司浙江温州325603

以SnCl4.5H2O和biCl3为原料,采用化学共沉淀法制备了不同bi掺杂量的SnO2纳米粉体,利用热重-差热(TG-DTA)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对制备的粉体进行了表征。结果表明,当bi掺杂量低于30%时,SnO2纳米粉体的晶体结构保持为金... 详细信息

以SnCl4.5H2O和biCl3为原料,采用化学共沉淀法制备了不同bi掺杂量的SnO2纳米粉体,利用热重-差热(TG-DTA)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对制备的粉体进行了表征。结果表明,当bi掺杂量低于30%时,SnO2纳米粉体的晶体结构保持为金红石四方相结构,bi原子部分置换了Sn的位置;当掺杂量为30%时,开始形成杂质相biOCl。掺杂bi元素可细化SnO2纳米晶粒,经700℃焙烧后,未掺杂bi元素的SnO2晶粒尺寸约为29 nm,而掺杂bi元素的SnO2晶粒尺寸约为10 nm。此外,bi元素的掺杂还可在一定程度上提高SnO2粉体的密度。

关键词： SnO2 bi掺杂纳米粉体晶粒尺寸密度电接触材料

bi-CdSe薄膜电极制备及其对水胺硫磷的光电催化降解

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Bi-CdSe薄膜电极制备及其对水胺硫磷的光电催化降解