文档介绍：河南大学
硕士学位论文
TiO2/窄带隙半导体复合薄膜的制备及其光电性质研究
姓名:袁占强
申请学位级别:硕士
专业:凝聚态物理
指导教师:庞山;杜祖亮
2011-06
摘要
摘要
TiO2 作为优良的半导体材料在分解水、传感器、光催化、敏化电池等方面有广泛的
应用,其中敏化电池因其能够直接将光能转换成电能而备受关注。在敏化电池的研究过
程中人们发现:1. 阳极材料的表面/界面态对电荷传输性质有重要的影响;2. 有机染料
对光的敏感性、吸光范围、成本等限制了其在更广泛范围的应用。研究者发现一维阵列
结构的如纳米线、纳米棒等对电荷传输性能有显著的提升作用,而采用窄带隙半导体材
料充当敏化剂更有利于实现对敏化剂的调控,并且有吸光系数大,成本低等优点。对此,
我们制备了 TiO2 纳米棒阵列结构,并尝试采用窄带隙无机半导体 CdS、CuInSe2 等充当
敏化剂进行复合,主要开展了以下三个方面的工作:
(1) 采用水热反应的方法分别在有/无种子层的普通玻璃基底、有/无种子层的 FTO 玻
璃上制备了阵列结构。采用 SEM、XRD 对其形貌和结构进行了详细的表征,结
果发现由于 FTO 上的 SnO2 和 TiO2 的晶格匹配关系,对阵列结构的形貌有着极大
的调控作用,有利于阵列的取向生长;通过紫外-可见吸收、表面光电压谱仪等
对其光电性质进行了详细表征。结果表明由于种子层与 FTO 表面的晶格匹配可
以改善二者的接触,对界面态起到极大的改善作用。
(2) 在制备了 TiO2 纳米棒阵列结构的基础上利用化学浴制备了 CdS 量子点/TiO2 复合
薄膜结构。通过 SEM、TEM、EDS 对其成分、结构以及形貌进行了表征,结果
发现量子点较为紧密的包围在纳米棒表面。紫外-可见反射光谱、稳态光电压谱
仪与波长分别为 355 nm 和 532 nm 的脉冲激光作用下的瞬态光电压谱仪详细考察
了不同量子点厚度的光电行为。通过分析发现,厚度为 90 nm 左右的量子点已经
达到对吸收的最大值,并且在可见光区内的光电压响应也达到最大值。由于量子
点表面态对电子的俘获造成电子在 CdS 表面的积累,积累的电荷一方面为内层电
子的注入提供驱动力,另一方面也降低了外层电子传输速率,造成载流子的损失。
(3) 在制备了 TiO2 纳米棒阵列结构的基础上探索用电沉积方法制备 Cu、In、Se 化合
物/TiO2 复合薄膜的条件,为下一步电沉积 CuInSe2/TiO2 复合结构的制备打下了一
定的基础。在试验中我们发现在阴极附近析出的氢气对离子沉积的阻碍作用非常
大,析出氢气较多的情况下,阻碍了溶液离子进一步向纳米棒之间的空间扩散,
I
TiO2/窄带隙半导体复合薄膜的制备及光电性质研究
从而阻碍了反应的进一步进行。而由于析出氢气,制备的薄膜质量下降,并因此
降低了电荷分离效率。

关键词:阵列结构,TiO2,CdS 量子点,CuInSe2,电荷传输

II
Abstract
Abstract
TiO2 was applied widely in the water splitting, sensors, photocatalysis and dye sensitized solar
cells(DSSC), especially DSSC for its conversion photo energy to electric energy directly. In the study
people discover that: 1. The surface/interface states in anode have important fact to the carrier transfer. 2.
The sensitivity to light, absorbance range and cost anic dye limit its application. Researchers found
that one dimention array structure as nanowires and nanorods can help to improve charge transfer notably,
and narrow bandgap semiconductors were used as sensitizer responding to their large absorbance
coefficient, low cost et