Cu2Se材料的相選擇合成及α-Cu2Se-β-Cu2Se相變機(jī)理研究.pdf

1、Cu2Se化合物為本征p型半導(dǎo)體，具有2.2 eV的直接禁帶寬度和1.4 eV的間接禁帶寬度。因間接帶隙接近光伏吸收層材料的最優(yōu)值，被認(rèn)為非常適合用作光電轉(zhuǎn)換材料。此外，β相Cu2Se結(jié)構(gòu)中Cu原子具有類似于液體的移動性，使Cu2Se成為同時具有高電導(dǎo)率和低導(dǎo)熱率的離子電子混合型超離子導(dǎo)體，因其符合“電子晶體-聲子玻璃”的熱電材料概念而在近幾年持續(xù)受到廣泛關(guān)注。Cu2Se材料具有分別屬于四方晶系、正交晶系、斜方晶系、立方晶系等多種晶系的

2、不同物相，但長期以來僅有立方晶系Cu2Se的應(yīng)用受到廣泛的關(guān)注，這是因為立方晶系 Cu2Se是常溫下的穩(wěn)定相，相關(guān)的合成方法很多。而其他晶系的亞穩(wěn)物相Cu2Se則由于合成困難，相關(guān)的應(yīng)用研究還處在非常初級的階段。本文所述的亞穩(wěn)相 Cu2Se合成方法、產(chǎn)物在室溫下的穩(wěn)定性、相選擇合成機(jī)理等均與已有文獻(xiàn)報道內(nèi)容不同，具有獨(dú)創(chuàng)性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴提供了一種通過溶劑熱法實(shí)現(xiàn)的對Cu2Se材料的相選擇合成方法學(xué)。使用符合化學(xué)計量

3、比的銅鹽和硒粉，在溶劑乙二胺中200℃下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，14小時后可制得β相Cu2Se即穩(wěn)定相Cu2Se；通過在上述反應(yīng)的初期加入適量銻化物，同樣在溶劑乙二胺中200℃下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，14小時后可制得α相Cu2Se即亞穩(wěn)相Cu2Se。該相選擇合成方案僅通過引入銻化物就實(shí)現(xiàn)了改變反應(yīng)體系中物相穩(wěn)定性的目的。⑵上述的溶劑熱反應(yīng)提供了一種簡便的實(shí)現(xiàn)相選擇合成Cu2Se微納尺度材料的方法。而在實(shí)際操作中這一相選擇合成的實(shí)現(xiàn)僅僅受一個反應(yīng)參數(shù)的

4、影響——引入銻源。本文通過對反應(yīng)各階段的產(chǎn)物進(jìn)行非原位的XRD物相分析，進(jìn)一步討論了這一相選擇合成反應(yīng)路徑，確認(rèn)了添加銻化物后產(chǎn)生的α相Cu2Se是由β相Cu2Se轉(zhuǎn)化而來。⑶α相 Cu2Se的典型合成路徑中涉及了一個從動力學(xué)有利相β相 Cu2Se向熱穩(wěn)定相α相 Cu2Se的轉(zhuǎn)變的非尋常相變過程。在此基礎(chǔ)上，為更加深入的討論該相變過程，本文最后一部分工作將實(shí)驗研究的重點(diǎn)放在改變?nèi)軇岱磻?yīng)溫度、溶劑熱反應(yīng)時間、銻化物添加時機(jī)等參數(shù)后能否繼