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电化学原子层沉积法(EC-ALD)制备功能性纳米半导体薄膜及其应用研究

张欣  
【摘要】: 本博士学位论文主要是利用电化学原子层沉积法(EC-ALD)在不同基底上沉积制备了几种功能性半导体纳米薄膜材料,并探讨了这些功能薄膜材料在光电催化和有机物降解等方面的应用。论文主要内容还包括利用循环伏安(CV)、开路电位~时间(OCP-t)、电流-时间(Amperometric i-t)和微分脉冲伏安法(DPV)等电化学技术、以及X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X-射线光电谱(XPS)、电子探针微分析(EPMA)等方法对所制备的材料进行结构、形貌和性能的系统分析和表征。主要内容如下: 1.Au基底上ZnSe的EC-ALD沉积及分析 采用EC-ALD技术,在多晶金基底上沉积了ZnSe纳米薄膜;用CV法、线性扫描伏安法(LSV)和库伦分析等手段对所制备ZnSe纳米薄膜进行了电化学性能研究;通过调整Zn和Se的沉积电位,及Se的溶出电位优化了沉积程序;结果证明利用该优化的沉积程序可得到单相ZnSe化合物,该化合物具有高度择优取向(220);由扫描电镜可以看出所沉积的薄膜由平均粒径为100nm的颗粒组成;库伦分析测得Zn和Se的计量比恰好为1:1。 2.Au基底上Cu2Se的EC-ALD沉积及分析 采用EC-ALD技术,在多晶金基底上沉积了Cu2Se纳米薄膜;使用表面限制反应(属欠电位沉积研究领域)首先在基底材料表面构筑元素的单层结构,通过在前20圈的沉积中调整Cu和Se在Au上的欠电位,可得到Cu2Se稳定的电化学原子层沉积物;XRD研究结果证实,所得Cu2Se具有单晶性质,呈(111)择优取向;电子探针微分析证实样品均一,且计量比精确至Cu/Se为2。 3.ITO导电玻璃上CuTe和Cu2Te纳米薄膜的EC-ALD制备及表征 采用EC-ALD技术,通过在不同电化学实验参数下交替欠电位沉积Te和Cu,在ITO导电玻璃上沉积了CuTe和Cu2Te纳米薄膜;使用XRD、场发射扫描电镜(FE-SEM)和富力叶红外光谱(FT-IR)等方法研究了所制备薄膜材料的结构和性质。 4.太阳能电池用四元Cu2ZnSnS4半导体薄膜的EC-ALD制备及性能表征 采用EC-ALD技术,在多晶Ag基底上制备了四元化合物Cu2ZnSnS4 (CZTS)薄膜;通过XRD、XPS、FT-IR、OCP-t、原子力显微镜(AFM)和配置能量色散X-射线分析仪的FE-SEM表征了所得CZTS的结构和性能。 5.通过无电沉积和EC-ALD相结合的方法在p型Si上制备Cu2Se薄膜 通过无电沉积(Electroless deposition)和EC-ALD相结合的方法在p-Si(100)上制备了Cu2Se薄膜,并利用XRD、SEM、FT-IR和开路电位等手段对得到的薄膜进行表征;将结果和纯电化学方法制得的薄膜进行比较,证明由无电沉积和EC-ALD相结合的方法制得的Cu2Se薄膜质量比传统的电沉积方法要高。 6.Pt纳米粒在碳纳米管复合的聚酰亚胺材料上的电沉积及其电催化行为研究 在碳纳米管(CNTs)/聚酰亚胺(PIs)复合材料上用电化学方法成功制备了Pt纳米粒子,并用场发射扫描电子显微镜(SEM)、XPS)以及XRD表征了这种具有优异稳定性和柔韧性的纳米复合膜;电化学研究发现这种Pt/PI/CNTs薄膜对甲醇和亚硝酸盐的电极反应具有优异的电催化性能。


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