基于CdS量子点敏化TiO2介孔球光阳极的光电化学光电探测器的研究

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1、硕士学位论文基于CdS量子点敏化TiO2介孔球光阳极的光电化学光电探测器的研究RESEARCHONPHOTO-ELECTRO-CHEMICALPHOTODETECTORSBASEDONCdSQUANTUMDOTSSENSITIZEDTiO2MESOSCOPICBEADPHOTOANODE覃兆童哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM23学校代码：10213国际图书分类号：31密级：公开工学硕士学位论文基于CdS量子点敏化TiO2介孔球光阳极的光电化学光电探测器的研究硕士研究生：覃兆童导师：王金忠教授申请学位：工学硕士学科：材料科学与

2、工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM23U.D.C:31DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONPHOTO-ELECTRO-CHEMICALPHOTODETECTORSBASEDONCdSQUANTUMDOTSSENSITIZEDTiO2MESOSCOPICBEADPHOTOANODECandidate：QinZhaotongSupervisor：Prof.WangJinzhongAcadem

3、icDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要光电化学（PEC）光电探测器具有成本低、快速响应、线性响应等优点，在诸多领域都有广泛的前景和应

4、用。量子点敏化可极大提升PEC器件的光电性能，目前已大量应用于太阳能电池和光催化，但在PEC光电探测器领域研究很少。本课题研究了SILAR法和CBD法在TiO2介孔球薄膜上的原位合成制备CdS量子点，以及CdS/CdSe核壳结构量子点的合成，之后以其为光阳极制备成了PEC光电探测器器件，并对制备工艺对性能影响的规律进行了研究。本文首先比较了两种量子点的原位合成方法：SILAR法和CBD法，结果表明前者更适合用于制备CdS量子点。对应器件在每次循环20s、循环5次条件下性能达到最佳，在365nm波长、20mWcm−2光照条件下的短路电流密度J

5、sc达到4.279mAcm−2，上升/下降时间分别为0.059s和0.043s，开关比达到3457，器件对多次“开”“关”的光信号反应稳定，响应迅速，且表现出优异的线性响应特性，可对光信号进行定量探测。UV-Vis和EIS分析表明，器件对光的响应范围由紫外区扩展至紫外和蓝紫光区，吸光度随循环次数增加逐渐增大，在循环次数为5次时接近饱和，进一步增加循环次数会降低复合阻抗Rct2和电子寿命τn，导致器件性能下降。对CdS的退火处理可提高其结晶度和吸光度，并减少其中的缺陷数量，增大Rct2和τn，提升器件性能。之后，对上述合成的CdS量子点进行改

6、性，通过改良的SILAR法合成了CdSe壳，制备了CdS/CdSe核壳结构量子点。性能最优组CdS5/CdSe1在与之前相同的光照条件下，J−2sc达到了5.471mAcm，相比CdS5器件提升了近30%，器件同样表现出对光信号“开”“关”变化的快速反应和稳定性。UV-Vis分析表明，CdSe对器件的光谱响应范围影响很小，在测试光源的365nm处几乎没有增强。EIS测试表明Rct2和τn在CdS5/CdSe1处达到最大值，之后逐渐减小。分析认为CdS和CdSe逐层接触后其费米能级会发生调整，使CdS能级下降，CdSe的能级上升，形成势垒，阻

7、碍CdS核中的光生电子与CdSe壳外的电解质发生复合，使得复合阻抗增大；而当CdSe逐渐变厚时，结晶度较低的CdSe壳层中存在的大量缺陷将导致界面处电子复合几率上升，Rct2下降，器件性能下降。因此对于CdS/CdSe核壳结构量子点而言，CdSe壳层并非越厚越好。相比传统的宽禁带半导体光阳极PEC光电探测器，本课题首次采用CdS量子点和CdS/CdSe核壳结构量子点对探测器光阳极进行敏化处理，不仅提高了器件的光吸收效率，还扩宽了器件的光谱响应范围，提升了器件的响应速度。-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文这一成果作为今后量子点敏化PEC光电

8、探测器研究的铺垫，为光电探测器的发展探索出一条方向。关键词：光电化学器件；光电探测器；量子点敏化；CdS量子点；CdS/CdSe核壳结构-II-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Ab