硫化物纳米结构薄膜的自组装生长及其性质研究

来源 :中国科学院上海硅酸盐研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:edgeofsky
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金属硫族化合物具有特殊的物理化学性质,在半导体材料相关领域具有不可替代的重要性。对于Bi2Ch3(Ch=S,Se,Te)薄膜热电材料,如何通过微结构控制提高其热电传输性质一直是国内外研究的重要课题。本工作采用低温液相沉积技术,在单层分子膜的辅助下,通过调节前驱体溶液反应条件,控制其过饱和度大小,从而调控Bi2S3薄膜的生长方式,成功地诱导出一维结构c轴取向的Bi2S3晶体。这些高结晶度的Bi2S3纳米棒互相联组装成连续致密的Bi2S3薄膜。研究了前驱体溶液的pH值、温度和反应时间等对薄膜成核与生长过程以及微结构的影响。与固相反应合成的块体Bi2S3材料或其它已报道的Bi2S3薄膜相比,该Bi2S3薄膜显示出高的载流子迁移率(1100 cm2 V-1 s-1,300K)、高的Seebeck系数(-755μV·K-1,300 K)和良好的电导率(50 S/cm,300 K)。450 K时薄膜功率因子可以达到39.7μW cm-1K-2,优于块体Bi2S3材料和大多数典型热电薄膜的功率因子,与碲化物薄膜的功率因子相当。这表明对于各向异性的硫族化合物,将一维纳米棒组装成薄膜是提高其热电传输性质的一种有效途径。   本文针对p型透明导电薄膜电导率普遍偏低的问题,对硫化铜薄膜的合成展开了研究。在经修饰的衬底表面上,通过设计前驱体溶液,以及控制晶粒成核与生长的速率比,室温下成功地将直径为2~4 nm的CuxS量子点原位组装成均匀致密的薄膜。该薄膜呈现出较好的平均可见光透过率(>70%)和良好的电导率(105S·m-1)。其光学和电学性质的提高源于薄膜高的载流子浓度(1021cm-3)。CuxS薄膜p型导电行为则归因于薄膜成核与生长过程中形成的大量被纳米晶界面所稳定的Cu缺陷。该方法操作简单便捷、成本低廉,可适用于在复杂形状的衬底以及柔性衬底表面制备p型透明导电的CuxS薄膜,对开发新型透明导电薄膜和透明pn结有重要的意义。
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