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InSe系列化合物纳米材料由于其独特的结构和性质在光电领域具有非常重要的应用。研究工作主要集中在InSe系列化合物光电转化纳米材料的设计制备及其光电性质的研究。以环保、高效、廉价为指导思想,设计制备了几种纳米半导体材料,如InSe纳米线、CuInSe2纳米晶、Cu2ZnSnSe4纳米晶、Cu2-xSyse1-y纳米晶和SnSe/SnO2纳米片,研究并调控了其光电性质。本论文的主要内容包括如下五个部分:
一、InSe纳米线的制各及其光电性质
以In2Se3为原料,采用化学气相沉积法,不使用任何金属颗粒作为催化剂制备了InSe纳米线。通过微操作制备技术构筑了基于单根InSe纳米线的光探测器。对器件的光电性能进行了测试,研究结果表明电流随光照强度增加而增加,并呈指数关系,其开关比高达50。器件在室温空气中保存两个月后,仍能保持很好的光电性能,彰显了优异的环境稳定性。
二、纤锌矿CuInSe2纳米晶的制备及其在光电器件中的应用
利用一种简单的溶液法合成了形貌均匀、单分散的纤锌矿结构CuInSe2纳米晶。由于其均匀的尺寸和均一的形貌,纳米晶很容易按照[001]方向自发排列成2D结构。通过溶液法和P3HT共混,成功构筑了有机一无机杂化的光电器件。器件表现出明显的光开关效应,开关比高于100。并且器件多次循环后仍能保持良好的光响应特性,具有很好的稳定性。
三、纤锌矿Cu2ZnSnSe4纳米晶形成机理研究及其光电性质
利用一种简单的溶液法,首次制备了纤锌矿结构的Cu2ZnSnSe4纳米晶。考察了反应温度、溶剂、反应时间、反应原料等因素对所制备纳米晶结构的影响。研究结果表明提高反应速率,降低纳米晶的表面能,有利于形成纤锌矿结构的四元纳米晶材料。替代CuInSe2纳米晶通过溶液法和:P3HT混合,成功构筑了有机一无机杂化的光电器件。器件表现出优异的光电响应,开关比高于150。
四、Cu2-xSySe1-y纳米晶光电性质的调控
利用一锅法制备了一系列Cu2-xSySe1-y纳米晶,纳米晶尺寸均匀,形貌均一。并且通过控制实验条件实现了对其成分、结构、尺寸和形貌的调控。利用吸收光谱评估了其带隙,通过控制化学成分可以实现其带隙从1.44eV到1.85eV的调控。而且发现不同结构的纳米晶具有不同的吸收光谱以及带隙,这些结果表明通过调控纳米晶的结构,也可实现对其带隙的调节。
五、SnSe/SnO2杂化纳米复合材料的制备及其应用
通过溶液法制备了SnSe/SnO2杂化纳米片。复合材料是以SnSe纳米片为基底,SnO2量子点均匀分散在基底上。通过微操作技术构筑了单个纳米片的器件,对其光电性质进行了研究,结果表明复合材料具有明显的光电导性质。另外,研究了一氧化碳等还原性气体以及外加电场对其电导率的影响,结果显示复合材料具有良好的传感性能和场效应。