錫酸鋅納米顆粒及其復(fù)合體系的表面光電性能研究.pdf

1、材料是社會進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)，特別是復(fù)合材料，更顯示出它們的優(yōu)于單一材料的特性。開發(fā)和探索新型復(fù)合材料是太陽能電池研究領(lǐng)域的焦點(diǎn)。
　　 金屬氧化物納米顆粒TiO2作為一種重要光電材料，易得、造價低廉、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。TiO2納米材料由于在太陽能電池、光催化、氣敏傳感器等方面有著潛在的應(yīng)用前景而倍受關(guān)注，特別是從1998年日本的Kasuga小組首次采用水熱法處理TiO2納米顆粒，獲得了新型的管狀納米結(jié)構(gòu)材料以來，該方面的研究日益受到

2、人們的重視。但是，因?yàn)門iO2帶隙較大(3.2 eV)，其只對紫外光敏感，并且易受到光蝕，壽命較短，因此新型的光電材料的開發(fā)已經(jīng)成為廣大光電研究人員的焦點(diǎn)。在染料敏化太陽能電池中，Zn2SnO4(帶隙3.6 eV)的光生電子壽命大于TiO2，并且較大電導(dǎo)率，但只對紫外光敏感；另外α-Fe2O3和α-Bi2O3的帶隙較小(2.2和2.8 eV)，對可見光敏感，有較好光電特性，也同樣受到人們關(guān)注：與Zn2SnO4復(fù)合后可能克服各自的弱點(diǎn)，并

3、會產(chǎn)生新的協(xié)同效應(yīng)，出現(xiàn)更好的光電特性。
　　 本文主要利用表面光電壓譜儀做了以下三方面的內(nèi)容：
　　 在第二章中，我們首先用水熱法、高溫固相法和低溫固相法制備錫酸鋅納米顆粒，并用X射線衍射(XRD)、Raman散射、掃描電子顯微鏡(SEM)、光致發(fā)光譜(PL)和表面光電壓譜(SPS)等工具進(jìn)行了表征形貌和性能。Zn2SnO4在紫外區(qū)有一定的表面光電壓響應(yīng)。
　　 在第三章中，將Zn2SnO4放入制備好的氧化鐵膠

4、體中，再用溶膠凝膠法得到α-Fe2O3/Zn2SnO4復(fù)合體。并用XRD、Raman散射等工具進(jìn)行了表征。結(jié)果表明該復(fù)合體是Zn2SnO4和α-Fe2O3的有機(jī)復(fù)合，不是簡單的混合。我們用表面光電壓(SPS)、場誘導(dǎo)表面光電壓(FISPS)、紫外-可見(UV-vis)吸收等工具研究了α-Fe2O3/Zn2SnO4復(fù)合體的光電性能。結(jié)果表明，α-Fe2O3/Zn2SnO4復(fù)合體在UV-vis光區(qū)有很好的光伏響應(yīng)，相對于單一體系的光伏響應(yīng)范

5、圍有一定程度的拓寬，并且響應(yīng)強(qiáng)度也有很大增強(qiáng)。在外電場的作用下，α-Fe2O3/Zn2SnO4復(fù)合體的表面光電壓隨正電場的增強(qiáng)而增強(qiáng)，隨負(fù)電場的增強(qiáng)而減弱。而用Zn2SnO4和α-Fe2O3粉末顆粒直接簡單混合的表面光電壓與此不同，主要表現(xiàn)在復(fù)合材料的表面光電壓強(qiáng)度是純Zn2SnO4和α-Fe2O3的表面光電壓的簡單疊加。我們用能級匹配和良好的顆粒接觸導(dǎo)致的協(xié)同效應(yīng)對這一現(xiàn)象作了解釋。
　　 在第四章中，我們用水熱法制備了α-B

6、i2O3/Zn2SnO4(Bi∶Zn=4∶1)復(fù)合體，并研究了其光電性能。在波長為425-550 nm的范圍內(nèi)，可以看到一個很明顯的光伏響應(yīng)帶，和復(fù)合物的顯著吸收一致，而不同于純的α-Bi2O3和Zn2SnO4。復(fù)合物的電場誘導(dǎo)的表面光電壓譜表明，其在整個吸收帶內(nèi)都有很強(qiáng)的光電響應(yīng)。這些現(xiàn)象歸因于生成少量的界面相Bi2Sn2O7和三種成分有很好的接觸、能級匹配。這些界面相是由Bi3+進(jìn)入到Zn2SnO4晶格中取代了Zn2+而形成的，它們