研究目的
采用溶液法实现TiO2纳米管内致密ZnS薄膜的共形填充,并研究阴离子前驱体对形成致密薄膜与离散纳米颗粒的影响,从而制备出性能更优的三维异质结,应用于光电子学和光伏领域。
研究成果
采用醋酸锌前驱体实现了TiO?纳米管内致密ZnS薄膜的共形填充,这归因于水解反应释放的氢氧根离子促进了成膜过程。由此形成的CuS/TiO?异质结具有更优异的整流特性(理想因子3.4,反向饱和电流密度5.6×10?? A/cm2,在±1V电压下整流比达21),这是由于致密薄膜中空穴散射减少所致。该方法在光电器件领域具有应用前景,并可通过离子交换拓展至其他硫化物体系。
研究不足
该研究依赖于特定的前驱体溶液和SILAR方法,可能并非适用于所有材料。该过程需要多个步骤并仔细控制参数。虽然提到了原子层沉积技术,但由于其复杂性未被采用,这表明在简易性与薄膜质量之间存在权衡。整流性能虽有所改善,但理想因子仍高于理想值(3.4对比1-2),说明在电荷传输和复合抑制方面仍有优化空间。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用连续离子层吸附与反应(SILAR)法实现TiO2纳米管的共形ZnS填充,通过对比硝酸盐与醋酸盐前驱体探究水解效应对成膜的影响。利用阳离子交换法将ZnS转化为CuS以提升能量捕获效率。
2:样本选择与数据来源:
以0.25毫米厚钛箔为基底,通过电化学阳极氧化法生长TiO2纳米管阵列。采用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、能量色散光谱(EDS)和透射电镜(TEM)进行样品表征。
3:25毫米厚钛箔为基底,通过电化学阳极氧化法生长TiO2纳米管阵列。采用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、能量色散光谱(EDS)和透射电镜(TEM)进行样品表征。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:钛箔、乙二醇、NH4F、H2O、Zn(NO3)2·6H2O、Zn(CH3COO)2·2H2O、Na2S·9H2O、乳酸锌、Cu(NO3)2·3H2O、去离子水、乙醇、异丙醇、洗涤剂。设备包括FESEM(FEI Nova 400)、XRD(D/max 2500)、XPS(ESCA-LAB250Xi)、高分辨透射电镜(HRTEM,Zeiss Libra 200)、Keithley2400源表及烘箱(LE140 K1BN,Nabertherm)。
4:4F、H2O、Zn(NO3)2·6H2O、Zn(CH3COO)2·2H2O、Na2S·9H2O、乳酸锌、Cu(NO3)2·3H2O、去离子水、乙醇、异丙醇、洗涤剂。设备包括FESEM(FEI Nova 400)、XRD(D/max 2500)、XPS(ESCA-LAB250Xi)、高分辨透射电镜(HRTEM,Zeiss Libra 200)、Keithley2400源表及烘箱(LE140 K1BN,Nabertherm)。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:超声清洗钛箔。在含NH4F和H2O的乙二醇电解液中施加交变电压(40V持续50秒,10V持续200秒)阳极氧化3小时。450°C退火处理3小时。执行SILAR循环:浸入0.1M Zn前驱体1分钟,水洗;浸入0.1M Na2S 1分钟,水洗。重复循环实现纳米管填充。阳离子交换时于70°C Cu(NO3)2溶液中浸泡45分钟并水洗。完成形貌与结构表征。
5:1M Zn前驱体1分钟,水洗;浸入1M Na2S 1分钟,水洗。重复循环实现纳米管填充。阳离子交换时于70°C Cu(NO3)2溶液中浸泡45分钟并水洗。完成形貌与结构表征。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:采用修正肖克利二极管方程解析J-V曲线获取理想因子与反向饱和电流密度。通过EDS和XPS进行元素分布分析。
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