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《北京化工大学》 2007年
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n型单晶硅表面有机(羧酸)和无机(Ni/Fe铁氧体)修饰及复合电极光电性能研究

赵钰雪  
【摘要】: 高纯的单晶硅是一种重要的半导体材料,在很多领域都有广泛应用,比如集成电路、电脑技术、通讯技术、自动化技术等领域。近年来,硅材料的光电性能引起了科学界极大关注,自太阳电池问世以来,晶体硅就作为电池材料一直保持着统治地位。在现有工艺和条件下,从电池性能上讲,单晶硅是制造太阳电池的比较理想的材料。 本论文主要利用对单晶硅表面无机有机化修饰,来提高单晶硅电极的光电转化性能。主要工作如下: 1、单晶硅表面的有机化修饰:5%的HF处理得到的氢化的单晶硅片,分别与乙基格式试剂、丙烯酸甲酯、丙炔酸乙酯反应,并通过酯交换制得有机基团-C_2H_5、-CH_2-CH_2-COOH、-CH=CH-COOH修饰的单晶硅片。修饰的单晶硅表面沉积铂配合物粒子后制备出表面有机化修饰的单晶硅半导体光化学电极,研究了该类组装电极在7.6 MHI/0.05 M I_2氧化还原电解液中的光电转化效应。光电化学测试结果表明,随着修饰的有机基团结构规律性变化(由非共轭体系过度到共轭体系,由末端不带负电荷过渡到末端带负电荷),修饰的单晶硅电极的光电压和光电流呈规律性变化。修饰电极的光电压和光电流强度密度随表面有机基团变化的规律为:Si-CH=CHCOOH>Si-C_2H_4COOH>Si-H>Si-C_2H_5,在碳链碳数相同的条件下,与硅原子形成共轭结构的修饰体表现出更负的电动势,其光电流强度密度也相应最大。以-CH=CHCOOH修饰的单晶硅电极的最大稳定光电压达到-0.641V,其最大光电流密度5.25mA·cm~(-2),大于末端带负电荷的、非共轭羧乙基及不带负电荷的乙基修饰的单晶硅电极。 2、合成了不同Ni~(2+)/Fe~(2+)/Fe~(3+)比例的系列Ni(Ⅱ)/Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)-LDHs,并平铺组装在羟基化的单晶硅表面(超声震荡),通过焙烧,得到尖晶石平铺组装的单晶硅片,并在组装电极上沉积Pt配合物粒子。电化学测试结果表明,在HI/I_2电解液中,尖晶石对其修饰的单晶硅电极的光电转化性能有影响。组装电极的光电压和光电流密度随修饰尖晶石的纯度的不同而呈规律性变化。分析表明,磁性铁氧体的光次生电子效应对修饰电极的光电转化具有较好的促进作用。 3、合成Ni~(2+)╱Fe~(3+)=2:1的Ni(Ⅱ)Fe(Ⅲ)-LDH。并以Ni(Ⅱ)Fe(Ⅲ)-LDH为前驱体,与TiCl_4反应,制备了Ni(Ⅱ)Fe(Ⅲ)-LDH-TiCl_3。并将此修饰的水滑石水平定向嫁接到羟基化的单晶硅片上。原子力显微镜分析表明,水滑石在单晶硅表面以双层叠加形式存在。与硅面直接接触的水滑石以化学键Ti-O-Si与单晶硅表面相连接。组装体经高温焙烧后,水滑石转化为了尖晶石型铁氧体,呈粒子状分布。研究结果表明在7.6 M HI/0.05 M I_2电解液中铁氧体嫁接的单晶硅复合电极比由Ni(Ⅱ)Fe(Ⅲ)-LDH平铺吸附焙烧后得到的复合修饰电极具有更好的光电转换性能。其最大光电压达到-0.706 V,最大的光电流密度为2.11mA·cm~(-2)。 以上研究工作为单晶硅为提高单晶硅修饰电极的光电转化性能提供一条新途径和新思路。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TM912

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