氧化锌基半导体异质结构薄膜电极的制备及其光电性质研究

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1、分类号：单位代码：10140密级：公开学号：4031531759硕士学位论文氧化锌基半导体异质结构薄膜电极的制备及其光电性质论文题目：研究PreparationofThinFilmElectrodeswithZincOxide-basedSemiconductorHeterostructuresandTheirPhotoelectric英文题目：ConversionProperties论文作者：原春雪指导教师：宋溪明教授专业：无机化学完成时间：二〇一八年五月申请辽宁大学硕士学位论文氧化锌基半导体异质结构薄膜电极的制备及其光电性质研究PreparationofThinFilmElect

2、rodeswithZincOxide-basedSemiconductorHeterostructuresandTheirPhotoelectricConversionProperties作者：原春雪指导教师：宋溪明教授专业：无机化学答辩时间：2018年5月29日摘要摘要半导体光电材料利用太阳能进行光催化及光电转换，被广泛认为是一种有前途的利用可再生资源的方法。半导体光电材料对光的吸收，光生电荷的迁移、分离和复合影响着太阳能转化成化学能以及电能的转换效率。在传统半导体材料中，ZnO因具有化学性质稳定、来源丰富、成本低、良好光电特性、很强的光捕获能力和良好的光生空穴溢出能力成为了研究最

3、多的半导体光电材料之一。然而，ZnO带隙宽（3.37eV），主要吸收紫外光，未能将可见光行之有效的利用，这制约着光电转换效率的提高。所以，寻找窄带隙半导体修饰ZnO构成复合体系，可以对可见光有效利用，有益于光电转换性能的提高。本文设计合成了ZnO/CuO和ZnO/Ag3CuS2复合光电极，利用光电流测试及光伏技术，平带电位，循环伏安（CV），微分脉冲伏安（DPV）测试研究了所得样品的光电和光催化性能。讨论了光生电子的传输机理，主要研究工作为：1.以氟掺杂的二氧化锡（FTO）导电玻璃为基底，水热合成法制得了ZnO纳米棒阵列（NRs），进而经过电化学沉积法并经过退火后，制备了ZnO/Cu

4、O光电化学（PEC）电池结构单元。CuO作为一种p型窄禁带敏化剂，可以使n型ZnO响应可见光，并通过建立p-n异质结构来加强光生电荷载流子的分离。通过模拟太阳光（AM1.5）和单一ZnO、CuO薄膜的比较，详细研究了ZnO/CuO的光电转化和光催化甲醛氧化反应。此外，依据平带电位，通过理论分析，得到了p-n非均匀界面的能级图。2.水热法制备了ZnONRs，之后经过离子交换过程得到ZnO/Ag3CuS2纳米复合物，利用扫描电镜、XRD、紫外可见光漫反射光谱等手段对样品形貌表征。通过电化学测试，可知将三元半导体Ag3CuS2与ZnO复合后，光电流有所提高，证明ZnO/Ag3CuS2拥有良

5、好的光电转换性能。关键词：太阳电池，半导体光电材料，异质结构，能带结构，光电催化IAbstractABSTRACTSemiconductorphotoelectricmaterialsusesolarenergyforthephotocatalysisandphotoelectricconversion,whichiswidelyseenasapromisingapproachtotheuseofrenewableresources.Thesolarenergyconvertstochemicalenergyandconversionefficiencyofelectricalene

6、rgyareaffectedbytheabsorptionoflightandthemigration,separation,recombinationofphotoelectricchargeofsemiconductorphotoelectricmaterials.Intraditionalsemiconductormaterials,ZnOwithstablechemicalperformance,widelysources,lowcost,excellentphotoelectricproperties,strongabilitytocapturelightandagooda

7、bilitytocapturethelightholeoverflowabilityisstudiedwidely.Nevertheless,duetowidebandgapofZnO(3.37eV),itmainlyabsorbtheultravioletlightandcannoteffectivelyusevisiblelight,whichrestrictedtheimprovementofphotoelectricconversioneffici