利用綠色化學(xué)法合成具有光伏性能的半導(dǎo)體納米晶

【摘要】：近年來，半導(dǎo)體納米晶由于具有優(yōu)良的光伏性能而被廣泛應(yīng)用于發(fā)光二級(jí)管、光檢測(cè)器以及太陽能電池等領(lǐng)域。但是現(xiàn)有半導(dǎo)體納米晶的合成方法對(duì)環(huán)境污染非常嚴(yán)重，人們迫切希望開發(fā)綠色環(huán)保的方法用于合成高質(zhì)量半導(dǎo)體納米晶。本論文中，我們先后開發(fā)了“一鍋法”、“反向熱注射法”以及“烷基硫醇輔助溶解硒粉法”等無膦方法用于合成高質(zhì)量的油溶性半導(dǎo)體納米晶，并對(duì)水相半導(dǎo)體納米晶的生長機(jī)理進(jìn)行了研究，成功的合成出不同尺寸、熒光量子效率、表面配體的水溶性半導(dǎo)體納米晶，最終實(shí)現(xiàn)綠色合成這一目標(biāo)，有力推動(dòng)了半導(dǎo)體納米晶在光伏領(lǐng)域的應(yīng)用。 第一，我們開發(fā)了“一鍋法”以及“反向熱注射法”用于合成ZnSe和Cu_(2-x)Se等二元半導(dǎo)體納米晶，并通過改變實(shí)驗(yàn)條件有效調(diào)控它們的尺寸、形貌以及晶型。Cu_2-xSe半導(dǎo)體納米晶具有優(yōu)異的光伏性能，將其制成器件后，得到了很好的光檢測(cè)性能。 第二，我們開發(fā)了“烷基硫醇輔助溶解硒粉法”用于合成基于銅的多元硒化物半導(dǎo)體納米晶。利用這種方法合成出的Cu_2ZnSnSe_4、Cu(InGa)Se_2以及Co~(2+)、Fe~(2+)摻雜的Cu_2SnSe_3半導(dǎo)體納米晶具有非常小的尺寸以及均勻的尺寸分布。用它們制成的光檢測(cè)器具有非常好的光伏性能。 第三，我們?cè)敿?xì)研究了靜電相互作用對(duì)水相半導(dǎo)體納米晶生長速率以及熒光量子效率的影響，實(shí)現(xiàn)了通過改變實(shí)驗(yàn)條件，合成任意尺寸、不同熒光量子效率、不同表面配體的CdTe半導(dǎo)體納米晶。進(jìn)一步將這些CdTe半導(dǎo)體納米晶與聚對(duì)苯撐乙烯復(fù)合，制備了具有雙層結(jié)構(gòu)的雜化太陽能電池器件，并得到了很好的光電轉(zhuǎn)換效率。 【關(guān)鍵詞】：半導(dǎo)體納米晶 綠色化學(xué) 環(huán)境友好 無膦 光伏器件 光檢測(cè)器 太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TB383.1
【目錄】：

• 提要5-9
• 第一章 緒論9-31
• 第一節(jié) 半導(dǎo)體納米晶的合成9-20
• 1.1.1 液相合成半導(dǎo)體納米晶9-13
• 1.1.2 不同形貌半導(dǎo)體納米晶的合成13-14
• 1.1.3 多組分納米結(jié)構(gòu)的合成14-17
• 1.1.4 綠色化學(xué)法合成半導(dǎo)體納米晶17-20
• 第二節(jié) 半導(dǎo)體納米晶在光伏器件中的應(yīng)用20-29
• 1.2.1 發(fā)光二級(jí)管20-21
• 1.2.2 光檢測(cè)器21-22
• 1.2.3 太陽能電池22-29
• 1.2.3.1 有機(jī) 無機(jī)雜化體相異質(zhì)節(jié)太陽能電池23-25
• 1.2.3.2 無機(jī)薄膜太陽能電池25-28
• 1.2.3.3 半導(dǎo)體納米晶敏化太陽能電池28-29
• 第三節(jié) 本文的設(shè)計(jì)思路29-31
• 第二章 無膦合成具有光伏性能的半導(dǎo)體納米晶31-57
• 第一節(jié) 引言31-32
• 第二節(jié) 利用“一鍋法”合成形狀可調(diào)的 ZnSe 半導(dǎo)體納米晶32-42
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)部分32-33
• 2.2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料32
• 2.2.1.2 表征儀器32
• 2.2.1.3 合成方法32-33
• 2.2.2 結(jié)果與討論33-42
• 2.2.2.1 ZnSe 半導(dǎo)體納米晶的結(jié)構(gòu)與形貌33-35
• 2.2.2.2 ZnSe 半導(dǎo)體納米晶的光譜性質(zhì)35-36
• 2.2.2.3 前驅(qū)體濃度的影響36-39
• 2.2.2.4 鋅與硒比例的影響39-41
• 2.2.2.5 升溫速度的影響41-42
• 第三節(jié) 利用“反向熱注射法”合成 Cu(2-x)Se 半導(dǎo)體納米晶42-54
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)部分43-45
• 2.3.1.1 實(shí)驗(yàn)原料43
• 2.3.1.2 表征儀器43
• 2.3.1.3 合成方法43-45
• 2.3.2 結(jié)果與討論45-54
• 2.3.2.1 Cu_(2-x)Se 半導(dǎo)體納米晶的基本表征45-46
• 2.3.2.2 反應(yīng)時(shí)間的影響46-49
• 2.3.2.3 硒濃度的影響49-51
• 2.3.2.4 反應(yīng)溫度的影響51-52
• 2.3.2.5 石蠟的影響52-53
• 2.3.2.6 Cu_(2-x)Se 半導(dǎo)體納米晶的光伏性能53-54
• 第四節(jié) 本章小結(jié)54-57
• 第三章 利用“烷基硫醇輔助溶解硒粉法”合成具有光伏性能的基于銅的多元硒化物半導(dǎo)體納米晶57-79
• 第一節(jié) 引言57-58
• 第二節(jié) 利用“烷基硫醇輔助溶解硒粉法”合成 Cu_2ZnSnSe_4半導(dǎo)體納米晶58-69
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)部分58-60
• 3.2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料58
• 3.2.1.2 表征儀器58
• 3.2.1.3 合成方法58-60
• 3.2.2 結(jié)果與討論60-69
• 第三節(jié) 利用“烷基硫醇輔助溶解硒粉法”合成 Co~(2+)、Fe~(2+)摻雜的 Cu2SnSe3半導(dǎo)體納米晶69-78
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)部分69-71
• 3.3.1.1 實(shí)驗(yàn)原料69
• 3.3.1.2 表征儀器69-70
• 3.3.1.3 合成方法70-71
• 2.3.2 結(jié)果與討論71-78
• 第四節(jié) 本章小結(jié)78-79
• 第四章 水相合成半導(dǎo)體納米晶的靜電力學(xué)79-98
• 第一節(jié) 引言79-80
• 第二節(jié) 靜電相互作用對(duì)水相半導(dǎo)體納米晶初始生長階段的影響80-86
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)部分80-81
• 4.2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料80
• 4.2.1.2 表征儀器80
• 4.2.1.3 合成方法80-81
• 4.2.2 結(jié)果與討論81-86
• 第三節(jié) 靜電相互作用對(duì)于水相半導(dǎo)體納米晶后續(xù)生長階段的影響86-96
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)部分87-89
• 4.3.1.1 實(shí)驗(yàn)原料87
• 4.3.1.2 表征儀器87-88
• 4.3.1.3 合成方法88-89
• 4.3.2 結(jié)果與討論89-96
• 4.3.2.1 前驅(qū)體濃度的影響89-91
• 4.3.2.2 離子強(qiáng)度的影響91
• 4.3.2.3 pH 值的影響91-92
• 4.3.2.4 鎘與配體比例的影響92-93
• 4.3.2.5 熒光量子效率的影響因素93-94
• 4.3.2.6 配體種類的影響94-96
• 4.3.2.7 CdTe 半導(dǎo)體納米晶在光伏領(lǐng)域中的應(yīng)用96
• 第四節(jié) 本章小結(jié)96-98
• 參考文獻(xiàn)98-116
• 致謝116-117
• 作者簡歷117
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表論文117-121
• 中文摘要121-124
• Abstract124-127

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