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CdS-TiO_2复合半导体薄膜的制备及其光电性能研究

杨华

  进入二十世纪以来,开发利用清洁无污染的太阳能成为人们解决能源危机和环境污染问题的一条重要途径,将太阳能转化为电能的太阳能电池成为科学家们研究的热点。本文综述了湿式太阳能电池的发展历史,详细介绍了氧化物半导体二氧化钛作为电极材料的研究现状,并提出了用窄禁带宽度半导体CdS与TiO_2形成复合半导体来提高光电转换效率这一具有理论和实际意义的课题。氧化物半导体TiO_2具有独特的光学、电学及化学性质,良好的化学稳定性、抗腐蚀性、成本低及可利用太阳光等优点而成为太阳能电池理想的光电极材料。针对其禁带宽度(Eg=3.2ev)宽而不能充分利用可见光的问题,采用窄禁带半导体CdS(Eg=2.6ev)复合是一种有效的措施,两者形成复合半导体薄膜,一方面由于CdS的窄禁带宽度而扩展薄膜的光吸收范围;另一方面,由于能带的交叠,提高光生电子和空穴的分离效率,这些都将有利于提高薄膜的光电转换效率。溶胶凝胶法是制备薄膜的一种有效方法。本文以钛酸丁酯、乙酸镉和硫脲为原料,采用溶胶凝胶法成功制备了TiO_2薄膜、CdS薄膜和CdS/TiO_2复合半导体薄膜,分析讨论了薄膜制备过程,采用扫描电镜、能谱分析、紫外-可见光吸收光谱测试等现代测试手段研究了热处理气氛、溶胶浓度、热处理温度及CdS/TiO_2比等因素对薄膜的结构、光吸收性能的影响,并研究了薄膜的光电转换性能。研究结果表明:(1)溶胶凝胶法制备CdS/TiO_2薄膜合适的工艺参数为:TiO_2和CdS溶胶的浓度分别为0.6mol/L和0.1mol/L,CdS/TiO_2=0.45(摩尔比),采用氮气气氛480℃下热处理1h;(2)通过形成CdS/TiO_2复合薄膜,在一定程度上提高了TiO_2薄膜在可见光范围内的光吸收性能和光电转换性能。另外,本论文同时探讨了采用层间插入的方法制备CdS/K_2Ti_4O_9半导体复合薄膜。以分析纯的TiO_2粉末和K_2CO_3粉末为原料,成功地合成了K_2Ti_4O_9粉末,并用K_2Ti_4O_9粉末的悬浮液,采用旋转涂敷法制备出K_2Ti_4O_9薄膜。研究了薄膜和粉末的离子交换性能,并通过离子交换制备了CdS/K_2Ti_4O_9复合半导体的粉末,将其浆料涂敷在ITO玻璃上研究了其光电转换性能。研究结果表明:(1)固相烧结合成KZTi4Og粉末的合适的参数为850 OC下20h,TIOZ/KZCO3叫(摩尔比X u)旋转涂敷法制备KZTi4Og的薄膜的悬浮液的粒度要小于440n几3)KZTi。OO粉末和薄膜具有离子交换性能;门)该方法为设计和制备具有优良性能的层间修饰化合物薄膜,开发新的光、电及光催化性能的材料提供了一种新的可能性。……   
[关键词]:光电转换;溶胶凝胶;CdS/TiO_2复合薄膜;CdS/K_2Ti_4O_9;离子交换;太阳能电池
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:武汉理工大学2003年