利用绿色化学法合成具有光伏性能的半导体纳米晶

【摘要】：近年来，半导体纳米晶由于具有优良的光伏性能而被广泛应用于发光二级管、光检测器以及太阳能电池等领域。但是现有半导体纳米晶的合成方法对环境污染非常严重，人们迫切希望开发绿色环保的方法用于合成高质量半导体纳米晶。本论文中，我们先后开发了“一锅法”、“反向热注射法”以及“烷基硫醇辅助溶解硒粉法”等无膦方法用于合成高质量的油溶性半导体纳米晶，并对水相半导体纳米晶的生长机理进行了研究，成功的合成出不同尺寸、荧光量子效率、表面配体的水溶性半导体纳米晶，最终实现绿色合成这一目标，有力推动了半导体纳米晶在光伏领域的应用。 第一，我们开发了“一锅法”以及“反向热注射法”用于合成ZnSe和Cu_(2-x)Se等二元半导体纳米晶，并通过改变实验条件有效调控它们的尺寸、形貌以及晶型。Cu_2-xSe半导体纳米晶具有优异的光伏性能，将其制成器件后，得到了很好的光检测性能。 第二，我们开发了“烷基硫醇辅助溶解硒粉法”用于合成基于铜的多元硒化物半导体纳米晶。利用这种方法合成出的Cu_2ZnSnSe_4、Cu(InGa)Se_2以及Co~(2+)、Fe~(2+)掺杂的Cu_2SnSe_3半导体纳米晶具有非常小的尺寸以及均匀的尺寸分布。用它们制成的光检测器具有非常好的光伏性能。 第三，我们详细研究了静电相互作用对水相半导体纳米晶生长速率以及荧光量子效率的影响，实现了通过改变实验条件，合成任意尺寸、不同荧光量子效率、不同表面配体的CdTe半导体纳米晶。进一步将这些CdTe半导体纳米晶与聚对苯撑乙烯复合，制备了具有双层结构的杂化太阳能电池器件，并得到了很好的光电转换效率。 【关键词】：半导体纳米晶 绿色化学 环境友好 无膦 光伏器件 光检测器 太阳能电池
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 提要5-9
• 第一章 绪论9-31
• 第一节 半导体纳米晶的合成9-20
• 1.1.1 液相合成半导体纳米晶9-13
• 1.1.2 不同形貌半导体纳米晶的合成13-14
• 1.1.3 多组分纳米结构的合成14-17
• 1.1.4 绿色化学法合成半导体纳米晶17-20
• 第二节 半导体纳米晶在光伏器件中的应用20-29
• 1.2.1 发光二级管20-21
• 1.2.2 光检测器21-22
• 1.2.3 太阳能电池22-29
• 1.2.3.1 有机 无机杂化体相异质节太阳能电池23-25
• 1.2.3.2 无机薄膜太阳能电池25-28
• 1.2.3.3 半导体纳米晶敏化太阳能电池28-29
• 第三节 本文的设计思路29-31
• 第二章 无膦合成具有光伏性能的半导体纳米晶31-57
• 第一节 引言31-32
• 第二节 利用“一锅法”合成形状可调的 ZnSe 半导体纳米晶32-42
• 2.2.1 实验部分32-33
• 2.2.1.1 实验原料32
• 2.2.1.2 表征仪器32
• 2.2.1.3 合成方法32-33
• 2.2.2 结果与讨论33-42
• 2.2.2.1 ZnSe 半导体纳米晶的结构与形貌33-35
• 2.2.2.2 ZnSe 半导体纳米晶的光谱性质35-36
• 2.2.2.3 前驱体浓度的影响36-39
• 2.2.2.4 锌与硒比例的影响39-41
• 2.2.2.5 升温速度的影响41-42
• 第三节 利用“反向热注射法”合成 Cu(2-x)Se 半导体纳米晶42-54
• 2.3.1 实验部分43-45
• 2.3.1.1 实验原料43
• 2.3.1.2 表征仪器43
• 2.3.1.3 合成方法43-45
• 2.3.2 结果与讨论45-54
• 2.3.2.1 Cu_(2-x)Se 半导体纳米晶的基本表征45-46
• 2.3.2.2 反应时间的影响46-49
• 2.3.2.3 硒浓度的影响49-51
• 2.3.2.4 反应温度的影响51-52
• 2.3.2.5 石蜡的影响52-53
• 2.3.2.6 Cu_(2-x)Se 半导体纳米晶的光伏性能53-54
• 第四节 本章小结54-57
• 第三章 利用“烷基硫醇辅助溶解硒粉法”合成具有光伏性能的基于铜的多元硒化物半导体纳米晶57-79
• 第一节 引言57-58
• 第二节 利用“烷基硫醇辅助溶解硒粉法”合成 Cu_2ZnSnSe_4半导体纳米晶58-69
• 3.2.1 实验部分58-60
• 3.2.1.1 实验原料58
• 3.2.1.2 表征仪器58
• 3.2.1.3 合成方法58-60
• 3.2.2 结果与讨论60-69
• 第三节 利用“烷基硫醇辅助溶解硒粉法”合成 Co~(2+)、Fe~(2+)掺杂的 Cu2SnSe3半导体纳米晶69-78
• 3.3.1 实验部分69-71
• 3.3.1.1 实验原料69
• 3.3.1.2 表征仪器69-70
• 3.3.1.3 合成方法70-71
• 2.3.2 结果与讨论71-78
• 第四节 本章小结78-79
• 第四章 水相合成半导体纳米晶的静电力学79-98
• 第一节 引言79-80
• 第二节 静电相互作用对水相半导体纳米晶初始生长阶段的影响80-86
• 4.2.1 实验部分80-81
• 4.2.1.1 实验原料80
• 4.2.1.2 表征仪器80
• 4.2.1.3 合成方法80-81
• 4.2.2 结果与讨论81-86
• 第三节 静电相互作用对于水相半导体纳米晶后续生长阶段的影响86-96
• 4.3.1 实验部分87-89
• 4.3.1.1 实验原料87
• 4.3.1.2 表征仪器87-88
• 4.3.1.3 合成方法88-89
• 4.3.2 结果与讨论89-96
• 4.3.2.1 前驱体浓度的影响89-91
• 4.3.2.2 离子强度的影响91
• 4.3.2.3 pH 值的影响91-92
• 4.3.2.4 镉与配体比例的影响92-93
• 4.3.2.5 荧光量子效率的影响因素93-94
• 4.3.2.6 配体种类的影响94-96
• 4.3.2.7 CdTe 半导体纳米晶在光伏领域中的应用96
• 第四节 本章小结96-98
• 参考文献98-116
• 致谢116-117
• 作者简历117
• 攻读博士学位期间发表论文117-121
• 中文摘要121-124
• Abstract124-127

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