铜铋硫化物纳米薄膜原位反应制备及敏化tio2光伏电池特性

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描

2、等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要太阳能电池作为一种清洁无污染的新能源利用技术而受到广泛关注，本文对太阳能电池的发展史、分类、结构及原理、发展状况及存在的问题等进行了综述。迄今为止，太阳能电池仍存在光电转化效率低、生产成本高和环境污染等问题。CuS和Bi2S3作为无毒的半导体材料，其块体禁带宽度分别为2.2eV和1.3eV，同时具有优良的电学性能、光学性

3、能和光电化学性能，所以在光伏器件等方面具有巨大的应用潜力。目前化学浴沉积(CBD)和连续离子吸附反应法(SILAR)是制备金属硫化物薄膜常用的制备方法，然而CBD存在资源利用率差和薄膜厚度存在限制等问题，而SILAR的薄膜沉积速率慢，低于1nm/次。针对此，本论文探索其他制备方法沉积CuS和Bi2S3薄膜的可能性，并对二者的光学和光电性能进行了考察。主要工作如下：2+(1)以Cu固态先置膜为阳离子源，(NH4)2S为阴离子源，采用原位反应法制备CuS薄膜。系统的研究了溶液各组分的含量，循环次数和热处理温度对薄

4、膜结构、形貌和光电性能的影响。研究表明，沉积的CuS薄膜由垂直于基底，沿(102)晶面取向生长的半片状结构组成，薄膜的沉积速度达到了9nm/次，且原位反应沉积法具有自完善的功能，通过增加镀膜次数可使薄膜形貌变得光滑、平整。对不同制备条件下的CuS薄膜的光电流密度进行分析研究，发现40次循环次数所制备的并在200°C下热处理的薄膜的光电流密度最高，在1V偏压下可达214.5mA/cm。3+(2)以Bi固态先置膜为阳离子源，(NH4)2S为阴离子源，采用原位反应法制备Bi2S3薄膜。同样，研究了热处理温度和循环次

5、数对薄膜结构、形貌和光电性能的影响。研究表明，常温所制备的薄膜为无定形结构，热处理之后结晶度得到改善，为斜方相结构，并且由细小颗粒长成短棒状晶体。薄膜的平均沉积速度高达40nm/次，8次循环次数所制备的并在300°C下热处理的薄膜具有最好的光2电特性，光电流密度在0.5V偏压下为5.03mA/cm。(3)采用原位反应法制备了Bi2S3敏化TiO2光阳极和Bi2S3/CuS双量子点共敏化TiO2光阳极，并探讨了其光学和光电性能。测试结果表明，量子点敏化TiO2薄膜的在可见光区域的吸收范围明显增大，光响应得到大幅

6、度提升，其中2Bi2S3/CuS双量子点共敏化TiO2电池短路电流高达5.24mA/cm，光电转化效率可达0.293%。关键词：CuS薄膜、Bi2S3薄膜、原位反应法、光电化学性能、量子点敏化太阳能电池ABSTRACTSolarcellhasdrawingincreasingattensionofreseachersduetoitscleanessandnon-pollution.Inthepaper,theprogresshistory,classification,structure,principle,

7、currentsituationandexistingproblemsofsolarcellsarereviewedindetail.Atpresent,therearestillsometechnicalissuesforsolarcells,suchaslowphotoelectricconversionefficiency,highproductioncostandenvironmentalpollution.Asnon-toxicsemiconductormaterials,CuSandBi2S3ha

8、vebulkbandgapof2.2eVand1.3eV,respectively,whichprovidepromisingpotentialforphotovoltaicapplicationsowingtotheirexcellentoptical,electricalandphotoelectrochemicalproperties.Atpresent,chemicalbathdeposit